ELEX tijdschrift voor hobby-elektronica 1985-26 issue october

nr. 26 oktober 19* f4,50 Bfrs. 90

tijdschrift voor hobby-elektronica I

:""•*•"

vleermuisontvanger

lm.

iOO:

IO

OOJp

UWUy

sleutelfluiter

T •

vonkengenerator

•

c

axxn

EX

oooaj Bom

-•;»:*>»:#. *»;*•*:«*;

V

3 e jaargang nr. 10 oktober 1985 ISSN 0167-7349

Internationaal hoofdredakteur/ chef ontwerp: K.S.M. Walraven Hoofdredakteur: P.E.L. Kersemakers Redaktie: J.F. van Rooij, P.H.M. Baggen, H.G.C. Lemmens, I. Gomboslass.)

Uitgave van: Elektuur B.V., Peter Treckpoelstr. 2-4, Beek (L) Telefoon: 04402-74200, Telex 56617 Korrespondentie-adres: Postbus 121, 6190 AC Beek (L) Kantoortijden: 8.30-12.00 en 12.30-16.00 uur Direkteur: J.W. Ridder Bourgognestraat 13, Beek (L)

Ontwerpafd./laboratorium: J. Barendrecht, G.H.K. Dam, K. Diedrich, A.P.A. Sevriens, J.P.M. Steeman, P.I.A.Theunissen

Elex verschijnt rond de eerste van elke maand. Onder dezelfde naam wordt Elex ook in het Duits uitgegeven.

Vormgeving: C. Sinke

Auteursrecht: De auteursrechtelijke bescherming van Elex strekt zich mede uit tot de illustraties met inbegrip van de printed circuits, evenals tot de ontwerpen daarvoor. In verband met artikel 30 Rijksoktrooiwet mogen de in Elex opgenomen schakelingen slechts voor partikuliere of wetenschappelijke doeleinden vervaardigd worden en niet in of voor een bedrijf. Het toepassen van schakelingen geschiedt buiten de verantwoordelijkheid van de uitgeefster. De uitgeefster is niet verplicht ongevraagd ingezonden bijdragen, die zij niet voor publikatie aanvaardt, terug te zenden. Indien de uitgeefster een ingezonden bijdrage voor publikatie aanvaardt, is zij gerechtigd deze op haar kosten te (doen) bewerken; de uitgeefster is tevens gerechtigd een bijdrage te (doen) vertalen en voor haar andere uitgaven en aktiviteiten te gebruiken tegen de daarvoor bij de uitgeefster gebruikelijke vergoeding.

Redaktiesekretariaat: C.H. Smeets-Schiessl, G.W.P. Wijnen

Grafische produktie: N. Bosems, L.M. Martin, J.M.A. Peters Abonnementen: Y.S.J. Lamerichs jaarabonnement Nederland België buitenland f 4 5 , - Bfrs. 900 f 61,50 Studie-abonnement f 36,— (Bfrs. 720) Een abonnement kan op ieder gewenst tijdstip ingaan en loopt automatisch door, tenzij het 2 maanden voor de vervaldatum schriftelijk is opgezegd. De snelste en goedkoopste manier om een nieuw abonnement op te geven is die via de antwoordkaart in dit blad. Reeds verschenen nummers op aanvraag leverbaar (huidige losse nummerprijs geldt). Adreswijzigingen: s.v.p. minstens 3 weken van tevoren opgeven met vermelding van het oude en het nieuwe adres en abonnee-nummer. Marketing: D.K. Grimm

Nadrukrecht: Voor Duitsland: Elektor Verlag GmbH, 5133 Gangelt.

Commerciële zaken: H.J. Ulenberg

© Uitgeversmaatschappij Elektuur B.V-1985 Printed in the Netherlands

Advertenties: E.A. Hengelmolen (hoofd adv. verkoop), W.H.J. Peeters Advertentietarieven, nationaal en internationaal, op aanvraag.

Druk: NDB, Zoeterwoude

uit de inhoud Het zit in de lucht. Je ziet of voelt er niets van, maar het is des te meer merkbaar. We hebben het hier over vrije ionen in de omgevingslucht Er bestaan positieve en negatieve ionen. Het blijkt, dat een overschot aan positieve lading niet al te gezond is voor de mens (en dier?). Met behulp van deze schakeling kan de luchtionenbalans snel getest worden. balansmeter voor luchtionen blz, 10-14

"Alweer die. . .zekering!" Velen zullen deze kreet slaken tijdens intensieve exper menten of testen van een nieuwe schakeling. In plaats van een grote voorraad reserve-zekeringen (en een volle afvalbak met doorgebrande exemplaren!) kan ook deze schakeling ingezet worden. Deze biedt de zekerheid van een gewone smeltvei!igheid, maar is steeds weer opnieuw bruikbaar. elektronische zekering blz. 10-20

extra In deze speciale bijlage wordt uitgebreid aandacht geschonken aan de "chip", de populaire benaming voor het tegenwoordig o zo belangrijke schijfje silicium, dat de plaats inneemt van een groot aantal losse halfgeleiders. De levensloop van laatstgenoemde komponenten wordt trouwens ook gadegeslagen. Kortom: de ontwikkeling van de allereerste tor tot en met de fabrikage van IC's in tien uitleembare pagina's!

I ch ps

blz. 10-27/1

elextra

10-04 informatie, praktische tips

komponenten

10-39/13 chips 10-27/1 In een speciale uitneembare bijlage wordt de ontwikkeling van de halfgeleider gedurende de laatste veertig jaren beschreven. vonkenmachine 10-22 Hoogspanning uit een grammofoonplaat en een bontlapje.

zelfbouwprojekten vleermuisontvanger Voor het afluisteren van ultrasone golven.

10-10

balansmeter voor luchtionen 10-14 Een tester voor het ionen-evenwicht in onze omgevingslucht. ultrasoonzender 10-16 Voor het testen van de vleermuisontvanger en voor experimenten met ultrasoon. elektronische zekering 10-20 Een testzekering die wèl doorbrandt maar telkens opnieuw gebruikt kan worden. hondefluitje 10-25 Met deze schakeling is blazen op een lokfluitje niet meer nodig. sleutelfluiter U fluit, en de (zoekgeraakte) sleutelbos fluit terug!

10-43

gloeiplug gloeier Een starthulp voor modelbouw-motoren.

10-46

spraakfilter 10-60 Bootst het typische geluid van een telefoonverbinding na.

bij de voorpagina Nee, de Elex van deze maand is geen speciale griezeluitgave, zoals de aanblik van de vleermuis doet vermoeden. Trouwens: wist u dat de vleermuis in feite een onschadelijke, zelfs nuttige (en met uitsterven bedreigde) diersoort is? Vleermuizen plegen te navigeren met behulp van ultrasone signalen boven het hoorbare frekwentiegebied. Deze signalen kunnen hoorbaar worden gemaakt met de verder in dit blad beschreven vleermuiskonverter. Het middengedeelte van dit nummer wordt gevormd door een uitneembare bijlage over de halfgeleider-ontwikkeling gedurende de laatste 40 jaren. Te interessant om over te slaan!

'n tip Over het gebruik van tochtstrip in de elektronica.

10-45

elektriseerapparaat Een proefje waarvan u de haren rechtop gaan staan.

10-52

kaleidoskoop

10-56

nieuwe produkten

10-19

grondbeginselen hoe zit dat? Over eindversterkertrapjes.

10-09

ruststroominstelling 10-18 Waarom er in rust een klein stroompje door de eindtransistoren moet lopen. Peltier-elementen Over warmtetransport in een geleider.

10-54

kursus ontwerpen deel 12 De e-macht: het kenmerk van een RC-kombinatie.

10-58

Over het lezen van Elex, het bouwen van Elex-Schakelingen en over wat Elex nog méér voor de lezer betekenen kan.

Hoeveel ohm en hoeveel farad? Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels:

Lezersservice

p = (pico ) = 10- 12 = een miljoenste van een miljoenste n = (nano) = 10~9 = een miljardste \k = (micro) = 10~6 = een miljoenste m = (milli) = 10~3 = een duizendste k = (kilo) = 103 = duizend M = (Mega) = 106 = miljoen G = (Giga) = 109 = miljard

— Nog vragen of opmerkingen over de inhoud van Elex? Schrijf gerust als er iets niet duidelijk is. Het antwoord volgt zo snel mogelijk. Er is één voorwaarde: zend een voldoende gefrankeerde retour-enveloppe mee. Zet " T V " (technische vragen) op de brief en stuur deze naar: redaktie Elex, Postbus 121, 6190 AC Beek (L). — De Elex-redaktie staat altijd open voor meningen, wensen of nieuwtjes van lezers. In de rubriek "Postbus 121" worden interessante kommentaren en aanvullingen op oudere artikelen gepubliceerd. Zet " L P " op de brief. — Elex-printen zijn verkrijgbaar bij de uitgever van Elex en bij de betere elektronica-onderdelenhandelaar.

Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: Weerstanden:

3k9 = 3,9 kQ = 3900 Q 6M8 = 6,8 MQ = 6 800 000 Q

0Q33 = 0,33 £ Kondensatoren: 4p7 = 4,7 pF = 0,000 000 000 0047 F 5n6 = 5,6 nF = 0,000 000 0056 F 4/j7 = 4,7 uF = 0,000 0047 F

h e &lex

De voorvoegsels worden overigens óók gebruikt voor de afkorting van andere soorten hoeveelheden. Een frekwentie van 10,7 MHz wil zeggen: 10 700 000 Hz, dus 10 700 000 trillingen per sekonde.

ï>ostbus 121

Bouwbeschrijvingen Elex-schakelingen zijn klein, ongekompliceerd en betrekkelijk gemakkelijk te begrijpen. Er zijn speciale Elex-printen voor ontwikkeld, in drie formaten:

Schema's Symbolen In sommige gevallen, met name bij logische poorten, wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële teken-afspraken (DIN.NEN). De schema's worden namelijk in vele landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , " ? 1 " , " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar en blijft de aansluiting op de in het elektronica-onderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd. Voor een overzicht van symbolen: zie het artikel Komponenten, achterin dit nummer.

Maat 1: 4 cm x 10 cm Maat 2: 8 cm x 10 cm Maat 4: 16 cm x 10 cm (Europa-formaat) Bij iedere bouwbeschrijving hoort een plattegrond (komponentenopstelling), aan de hand waarvan de onderdelen op de print worden geplaatst en aansluitingen en eventuele resterende doorverbindingen worden gerealiseerd. Een plattegrond geeft de opgebouwde schakeling in bovenaanzicht weer. De zich op de onderkant (soldeerzijde) van de print bevindende koperbanen zijn in de plattegrond dun gedrukt. Soms is voor de bouw van een schakeling slechts een gedeelte van een Elex-print nodig. Het niet gebruikte gedeelte kan men met een figuurzaag langs een gatenrij afzagen.

Onderdelen Elex-schakelingen bevatten doorgaans uitsluitend standaardonderdelen, die goed verkrijgbaar zijn. En bovendien betrekkelijk goedkoop! Ga daarom niet bezuinigen op de aanschaf door het kopen van grote partijen onderdelen (bijvoorbeeld weerstanden per kilo of "anonieme", ongestempelde transistoren). Goedkoop is vaak duurkoop! Tenzij anders aangegeven worden %-watt-weerstanden gebruikt.

Solderen De tien soldeer-geboden. 1. Ideaal is een 15 a 30 watt-soldeerbout met een rechte 2 mm brede "longlife" punt. 2. Gebruik soldeertin, samengesteld uit 60% tin en 40% lood, bij voorkeur met 1 mm doorsnede en met een kern van vloeimiddel. Gebruik geen soldeermiddelen zoals soldeerwater, -vet of -pasta. 3. Bevestig vóór het solderen alle onderdelen stevig op de print. Verbuig daartoe de uit de bevestigingsgaten stekende aansluitdraden. Zet de soldeerbout aan en maak de punt schoon met een vochtig doekje of sponsje. 4. Verhit de beide metalen delen die aan elkaar gesoldeerd moeten worden, bijvoorbeeld een koperbaan en een aansluitdraad, met de soldeerbout. Voeg vervolgens soldeertin toe. Het tin moet vloeien, zich dus verspreiden over het gebied waar de te solderen delen elkaar raken. Haal 1 a 2 sekonden later de bout weg. Tijdens het afkoelen van de soldeerverbinding mogen de twee delen niet ten opzichte van elkaar bewegen. Anders opnieuw verhitten. 5. Een goede soldeerlas ziet er uit als een bergje met een rondom holle helling. 6. Kopersporen en onderdelen, met name halfgeleiders, mogen niet te warm worden. Zorg desnoods voor extra koeling door de te solderen aansluitdraad met een pincet vast te houden. 7. Knip uit de soldeerlas stekende aansluitdraden af met een scherpe zijkniptang. Pas op voor rondvliegende stukjes draad! 8. Zet de soldeerbout uit na het solderen en tijdens onderbrekingen die langer dan een kwartier duren. 9. Moet er soldeertin worden verwijderd? Maak dan gebruik van zg. zuiglitze. Verhit het te verwijderen tin met de soldeerbout. Houd het uiteinde van de litze bij het tin. De litze "zuigt" het tin nu op.

10. Oefening baart kunst. Weerstanden of stukjes draad zijn zeer geschikt als oefenmateriaal.

Foutzoeken Doet de schakeling het niet meteen? Geen paniek! Nagenoeg alle fouten zijn snel op te sporen bij een systematisch onderzoek. Kontroleer allereerst de opgebouwde schakeling: — Zitten de juiste onderdelen op de juiste plaats? Kijk of de onderdelenwaarden en typenummers kloppen. — Zitten de onderdelen niet verkeerd om? Zijn de voedingsspanningsaansluitingen niet verwisseld? — Zijn de aansluitingen van halfgeleiders korrekt? Heeft u de onderdelenplattegrond misschien opgevat als het onder-aanzicht van de schakeling, in plaats van het boven-aanzicht? — Is alles goed gesoldeerd? Een goede soldeerverbinding is ook in mechanisch opzicht stevig.

Netspanning Isoleer netspanningsleidingen zodanig dat er bij een gesloten kast geen aanraakgevaar bestaat. Alle van buiten bereikbare metalen delen moeten zijn geaard. * De netkabel moet met een trekontlastingsbeugel of -doorvoer aan de kast zijn bevestigd. * De drie aders van de netkabel moeten mechanisch stevig zijn bevestigd. (Alléén een soldeerverbinding is onvoldoende!). * De aarddraad moet langer zijn dan de twee andere draden. Bij onverhoopt lostrekken van de netkabel blijft de aardverbinding dan het langst gehandhaafd. * Houd ongeïsoleerde netspanningsvoerende draden of soldeerpunten minstens 3 mm van andere draden of soldeerpunten verwijderd. * Verwijder de netsteker uit het stopkontakt vóór het verrichten van werkzaamheden aan het apparaat. Uitschakelen alleen is niet voldoende! * Kontroleer de drie netspanningsaansluitingen op onderbrekingen en onderlinge kortsluitingen. * Bevestig bij het meten aan netspanningsvoerende delen van een schakeling éérst de meetsnoeren met behulp van geïsoleerde meetklemmen; steek daarna pas de steker in het stopkontakt. * Zorg er bij het meten aan het laagspanningsgedeelte van een schakeling voor dat de netspanningsvoerende delen geïsoleerd zijn.

i l ï i f ^ s t e drie wumnwtflf

l voor ƒ 9,— 1 Bfrs. 180,— VfVffWfWfMfMMVW*

Elex is e e n jong e n fris elektronica-tijdschrift dat zich vooral richt tot i e d e r e b e g i n n e n d e elektronicus.

Elke maand vindt u in Elex: Diverse e e n v o u d i g e s c h a k e l i n g e n , met e e n duidelijke beschrijving van d e w e r k i n g e n bouw. Informatie over n i e u w e interessante p r o d u k t e n e n b o e k e n . M o d e r n e t e c h n i e k e n uit d e d o e k e n g e d a a n . Theorie s p e l e n d e r w i j s verklaard. I Praktische tips. I En dat alles in begrijpelijke taal g e s c h r e v e n . Als u m e e r van elektronica wilt weten, n e e m d a n e e n a b o n n e m e n t o p Elex! Gaarabonnement ƒ 46,—)

Ik geef mij op als abonnee van Elex Noteer voor mij: De eerste drie nummers voor ƒ 9,—/Bfrs. 180,— i.p.v. ƒ 13,50 /Bfrs.270— Naam: Adres:

Handtekening

o_ CD X

Ik betaal nog niet maar wacht op uw acceptgirokaart. Deze aanbieding geldt alleen voor Nederland en België.

_,

O opsturen aan: Elektuur b.v., antwoordnummer 1, 6160 VK Beek L. W P EX 10/85 °

Am^MJetl^ De term audio behelst in feite alles wat ligt tussen de signaalbron (grammofoonnaald, weergavekop of ontvanger) en de luidsprekers. De "power" wordt echter geproduceerd in de eindtrap. Bij eindtrappen komen zaken als "ruststroom", "komplementair", "klasse-A of klasse-B" vaak aan de orde. Wat is nu wat? In de normale audiotechniek is een versterkertrap met één transistor heel gewoon. De te verwerken spanningen, stromen en vermogens zijn hier betrekkelijk gering. Anders zit het bij een eindtrap. Past men bijvoorbeeld een emittervolger toe, dan wordt er wel héél on-ekonomisch met de energie omgesprongen.

De transistor moet immers èn de luidspreker èn de emitterweerstand aansturen. In de weerstand wordt de energie niet benut; deze gaat als warmte verloren. Een dergelijke klasse-A-opzet is dus niet zo bijster geschikt. Meer gangbaar is een komplementaire eindtrap. De plaats van de emitterweerstand is hier overgenomen door een tweede transistor.

Wanneer de ene transistor geleidt, spert de andere, en omgekeerd. De stroom loopt dan in zijn geheel door de luidspreker. Men noemt dit een klasse-B-instelling. De aansturing van de beide transistoren verdient nu wat meer aandacht. Beide transistoren zijn emittervolgers: één voor de negatieve gedeelten en de andere voor de positieve gedeelten van het signaal. De ingangen van de emittervolgers zijn gewoon aan elkaar geknoopt. Bij het passeren van de nuldoorgang is er een soort "niemandsland". Beide transistoren hebben immers een basisemitterspanning van 0,6 V nodig voordat zij in geleiding komen. Rondom het overnamepunt volgt de uitgangsspanning de ingangsspanning dus niet, maar blijft nul. Om dit te vermijden past men een ruststroominstelling toe. In rustsituatie (ingangsspanning nul) laat men de beide transistoren iets geleiden, zodat er een klein stroompje loopt. Het effekt hiervan is, dat het overnamepunt een "zachter" verloop krijgt. De uitangsspanning heeft rond het nulpunt geen "gat" meer. We geven de bases daatoe bijvoorbeeld een voorspanning met een weerstandsdeler. Het is echter wél zaak, om de ruststroominstelling goed in de hand te houden. Geeft men de bases nét te veel voorspanning, dan loopt de ruststroom fors op. De transistoren kunnen hier beslist niet tegen; ze worden te heet en leggen het loodje. De ruststroom ligt in de grootte-orde van enkele tientallen milli-ampères. Meestal is de ruststroom instelbaar met een instelpotentiometer. Hiermee is een optimale instelling van de eindtrap mogelijk. Het is echter niet de bedoeling om meteen de eindversterker open te schroeven en aan de ruststroominstelling te gaan draaien. Door de fabrikant is de ruststroom reeds optimaal ingesteld. Tenzij de transistoren onverhoopt vervangen moeten worden, is er geen reden om deze instelling te wijzigen.

vleermuisöntvanger

'Vleermuizen en elektronica, wat hebben die nou met elkaar te maken?", is wellicht het eerste wat velen zich zullen afvragen. Inderdaad, bij vleermuizen komt er geen spatje elektronica aan te pas, maar voor een wat beter inzicht in hun doen en laten kunnen we handig gebruik maken van elektronische middelen. Naast haar gewone zintuigen bezit de vleermuis een sonar-systeem, waarmee zij kan "zien" met behulp van geluidsgolven. Dit geluid kunnen wij mensen niet horen omdat de frekwenties boven het hoorbare gebied liggen. Om deze geluiden waar te kunnen nemen hebben we een ultrasoon-ontvanger nodig. Los daarvan kan het geen kwaad om eens wat meer aandacht te schenken aan de vleermuis zelf.

De vleermuis, een speciale fladderaar Vermoedelijk kennen de

meesten onder ons de vleermuis alleen uit natuur- of griezelfilms. Deze dieren laten zich nu eenmaal niet zo graag zien op tijden waarop en plaatsen waar de mens normaliter aktief pleegt te zijn. Vleermuizen leiden over het algemeen een onopvallend en teruggetrokken bestaan. Men treft ze wel eens aan in het vrije veld, in kerktorens en in onderaardse grotten. Vooral de mergelgrotten in ZuidLimburg zijn favoriet voor het doorbrengen van hun winterslaap. De temperatuur is er vrij laag maar stabiel, de luchtvochtigheid is er behoorlijk en het is er rustig. Dit laatste brengt ons meteen bij een interessante gave van de vleermuis, nl. het zien in het donker. Zij vliegen in de herfst tot diep in het gangenstelsel, slapen er in het winterseizoen en vinden in het voorjaar zonder problemen de uitgang weer. Wij mensen zouden na 100 m al onze bol stoten tegen de

muren, want het is er pikkedonker. Hoe speelt een vleermuis dit klaar? Van vleermuizen wordt gezegd dat zij blind zouden zijn, maar dit is eigenlijk niet waar. Sommige soorten kunnen erg goed zien, terwijl andere soorten alleen verschillen in lichtintensiteit kunnen waarnemen. Om te zien waar zij vliegen, waar zich obstakels bevinden of waar ze hun prooi kunnen vinden maakt de vleermuis gebruik van een sonarsysteem, een soort radar met ultrasone golven. Met hun stembanden wekken zij korte tonen op met een frekwentie boven de menselijke gehoorgrens. Grof genomen ligt deze frekwentie tussen 30 en 150 kHz. De roep begint gewoonlijk met een hoge frekwentie en eindigt met een lage frekwentie, met een frekwentieverhouding van 2:1. Via de echo kan de vleermuis zich een voorstelling maken van de voorwerpen in de nabije omgeving (grootte, vorm.

struktuur). Het oplossend vermogen is tamelijk groot: voorwerpen met een afmeting rond een millimeter (!) kunnen nog worden waargenomen. Dat moet eigenlijk ook wel, want de vleermuis is een insekten-eter. Het "navigatiebereik" is weliswaar maar enkele meters, maar voor de vleermuis is dit genoeg aangezien zij snel kan reageren. Een dergelijk echo-systeem wordt bijv. ook gebruikt door walvissen, met het verschil dat deze zeer lage frekwenties $;:£ (subsonisch) uitzenden. prf':'wï Vleermuizen zijn absoluut geen lastige dieren. Integendeel, het zijn juist nuttige insekten-eters. Toch is het vleermuizenbestand schrikbarend teruggelopen. Aantasting van de natuurlijke of kunstmatige verblijfplaats (het kappen van holle bomen, afgraving van mergelgrotten, afbraak van oude gebouwen enz.) en het gebruik van chemische (insekten)bestrijdingsmiddelen in de land-, tuin- en bos-

|:;::£KÏ |:|:|:: W$ ^lêSss-S? ïS#:;:pS::: |;!;£s|||

hoorapparaat voor ultrasone golven

Figuur 1. De vleermuisontvanger is vrijwel geheel ondergebracht in één IC, de TCA 440, die als frekwentieomzetter en versterker w e r k t

k-

5...9V

Figuur 2. Zo ziet de opbouw van de ontvanger eruit. Maak er een gewoonte van om bijv. eerst te beginnen met het leggen van de draadbruggen. LI en L2 zijn kant-en-klare spoelen. Men hoeft dus niets zelf te wikkelen.

Onderdelenlijst R1 = 1,5 kö R2 = 220 Q R3 = 1 ka R4 - 470 a R5 = 22 ka R6 = 2,2 ka R7 = ioo a R8 = 5,6 ka R9 = 27 ka P1 = 1 ka lineair P2 = 2,5 ka logaritmisch C l , C13.C16 = 1 0 / J F / 1 6 V C2 = 120 nF C3 = 33 nF C4.C12 = 47 M F/10 V C5,C7,C8,C9 = 560 nF C6 = 5,6 nF C10.C11 = 39 nF C14 = 3,3 nF C15 = 1 nF D l , D2 = 1N4148 T1 = BC 557B IC1 = TCA 440 Diversen: 1 standaardprint formaat 2 ultrasoon ontvang-kapsel, bijv. SE-08F-40R (40 kHz) of EDS-A250 (33 kHz), beide fabrikaat Toko Geschatte bouwkosten: f 50,-

bouw kunnen als "hoofdboosdoeners" worden aangeschreven. Gelukkig zijn de vleermuizen tot beschermde diersoort verklaard. Dit houdt in, dat de dieren niet mogen worden gevangen, gedood, verkocht of gestoord. Dat laatste moeten we natuurlijk goed in acht nemen bij onze ultrasoon-experimenten met de hier beschreven ontvanger en de zender elders in dit nummer. Let er dus even op...

Een ontvanger voor vleermuis-geluiden Vleermuizen kunnen ook geluiden voortbrengen die voor ons te horen zijn. Interessanter zijn echter de ultrasone navigatie-signalen. Met onze oren kunnen deze niet worden opgevangen, en

met een gewoon mikrofoontje evenmin. De eerste schakel in de ontvangerketen is dan ook een speciaal ultrasoon-kapseltje, zoals dat o.a. ook wordt gebruikt bij afstandbedieningen van televisietoestellen. Dit type is goedkoop en makkelijk verkrijgbaar. De enige beperking is de nogal krappe bandbreedte. Het kapseltje " l o o p t " maar van 30 tot 45 kHz - bij 150 kHz is er dus niet meer zóveel aktiviteit te verwachten. Het ultrasoon-signaal zal, net als het antennesignaal bij een gewone ontvanger, moeten worden omgezet naar een signaal in het audiogebied. Hiertoe dient IC1 (figuur 1), een TCA 440. Deze bevat een komplete superhet-ontvanger (zie ook Elex mei '84: ontvangers), bestaande uit een mengtrap, een meng-oscillator en een

middenfrekwent-versterker. De meng-oscillator kan met P1 afgestemd worden tot zo'n 45 kHz. Nemen we aan dat het ultrasoonkapsel een signaaltje met een frekwentie van 46 kHz oppikt, en dat de oscillatorfrekwentie 45 kHz bedraagt. In de mengtrap worden beide signalen met elkaar vermenigvuldigd. Het uitgangssignaal bevat een somprodukt (45 +46 =91 kHz) en een verschilprodukt (46 -45 =1 kHz). Daar we alleen het verschilprodukt wensen, filteren we het somsignaal uit m.b.v. het laagdoorlaatfilter L2/L1/C3/C10/C11 met een kantelfrekwentie van 5 kHz. Het gefilterde signaal treedt bij pen 11 een versterkertrap binnen. Het versterkte signaal (pen 7) wordt door D1 en D2 gelijkgericht en door C13 afgevlakt. Hierdoor krij-

gen we een regelsignaal, dat via pen 3 en 9 de versterking zodanig terugregelt, dat het uitgangsnivo automatisch konstant wordt gehouden. Om dit regelsysteem optimaal te laten werken, moet de spanning over R6 ca. 1,5 V bedragen. We moeten dus even meten of deze spanning er ook is. Bij een te grote afwijking moet R6 even aangepast worden: is de spanning te hoog, dan moet R6 kleiner worden, en omgekeerd. De opbouw van de ontvanger (figuur 2) is zorgvuldig uitgekiend. Het onderdeel waar alles in feite om draait, is IC1, de TCA 440. Dit IC is voor vele HF-freaks een goede bekende, maar is soms ook berucht vanwege het nogal nukkig karakter. Dit komt doordat het IC een forse versterking herbergt. Bij een ongunstige opbouw

kan er dan snel terugwerking optreden, met alle gevolgen van dien. Wanneer Vleermuissoort

Afm

Verspreiding

Status

Globale koloniegrootte

men zich echter houdt aan de opbouw in figuur 2, zal het allemaal wel lukken. Testen kunnen we onze ontvanger tenslotte met de

1. Grote hoefijzerneus (Rhinolophus ferrumequinum)

G

2. Kleine hoefijzerneus (Rh. hipposideros)

K

Zuid-Limburg

Zeer z e l d z a a m , enkele e x e m plaren**

100

Zeer zeldzaam, enkele e x e m plaren***

100

Tamelijk algemeen

Tientallen

elders in dit blad beschreven "ultrasoon-zender". De schakeling werkt natuur-

Zuid-Limburg

Zuid-en MiddenNederland

3. Baardvleermuis (Myotis mystacinus)

K

4. Brandt's vleermuis (M. brandtii)

K

Onbekend

5. Franjestaart (M. nattereri)

M

6. Ingekorven vleermuis (M. emarginatus)

M

7. Watervleermuis (M. daubentonii)

K

8. Meervleermuis (M. dasycneme)

M

lijk ook met andere ultrasoon-kapsels dan de in de stuklijst aangegeven types. Wel moet men erop

?

?

Zuid-en MiddenNederland

Vrij z e l d z a a m *

Tientallen

Zuidelijk Nederland

Zeldzaam**

Gehele land

Algemeen

letten dat het een ontvangkapsel betreft. Dit draagt de aanduiding " R " (receive). Mocht de bandbreedte van

?

het kapsel iets hoger reiken, dan kan het afstembereik

Honderden

wat omhooggeschroefd worden door C6 iets te ver-

's z o m e r s : Friesland 's w i n t e r s : Zuid-Limburg

Plaatse I-ijk algemeen**

ZG

Zuid-en MiddenNederland

Zeer zeldzaam***

M

Zuid-Limburg

Zeer zeldzaam

Honderden

kleinen. Over de ontvangeigenschappen kunnen we eigenlijk niet veel vertellen.

9. Vale vleermuis (M. myotis) 10. Langoorvleermuis (M. bechsteinii)

?

1 1 . Dwergvleermuis (Pipistrellus pipistrellus)

K

12. Ruige dwergvleermuis (P. nathusii)

K

Onbekend

13. Laatvlieger (Eptesicus serotinus)

G

Gehele land

Tamelijk algemeen

Tientallen

14. Rosse vleermuis (Nyctalus noctula)

G

Gehele land

Tamelijk algemeen

100

15. Mopsvleermuis (Barbastella barbastellus)

K

Zuid-Limburg

Zeer zeldzaam**

16. G e w o n e grootoorvleermuis (Plecotus auritus)

K

Gehele l a n d

17. Grijze grootoorvleermuis (PI. austriacus)

K

Onbekend

Z G = Zeer groot (spanwijdte 35-45 cm) G = Groot (spanwijdte 30-35 cm) M » Middelgroot (spanwijdte 25-30 cm) K .= Klein (spanwijdte 20-25 cm)

Gehele land

Tientallen

Algemeen

Honderden

Veel hangt af van de plaats en de tijd, waarop men luistert. In de late schemering en de vroege nacht kunnen we de beste resultaten verwachten. In de w i n -

7

?

ter of in verstedelijkte, geïndustrialiseerde omgeving zullen we zeker bot vangen. Verder is het natuurlijk zaak om de te observeren vleermuizen niet te storen. Men

.

?

zou bijv. eens kunnen experimenteren met een zelfbouw-richtkapsel, zodat

Tamelijk algemeen* ?

Tientallen

men de diertjes zelf niet te dicht hoeft te benaderen.

?

* In aantal achteruitgegaan de laatste tientallen jaren * * Sterk in aantal achteruit gegaan de laatste tientallen jaren * * * Zeer sterk in aantal achteruit gegaan de laatste tientallen jaren

Vleermuizen vormen in ons land een zeer bedreigde diersoort. Iedereen die een beetje hart voor de natuur heeft, h o u d t daar rekening mee en zal deze vliegende w a r m bloedigen ongestoord laten. Gebruik de vleermuis-ontvanger dan ook alleen in het open veld of in u w a c h t e r t u i n . In het overzicht staan alle vleermuissoorten die in Nederland (misschien) nog v o o r k o m e n . De geringe aantallen geven de kritieke toestand maar al te duidelijk weer. (Bron: Bescherm onze inheemse vleermuizen, uitgave van Ministerie van WVC, hoofdafd. Natuur- en L a n d b o u w b e s c h e r m i n g , Rijswijk).

Literatuur: maand:

De natuur

van de

vleermuizen,

Gemeentelijke

school-

kindertuinen,

's-Gravenhage.

en

balansmé or Juchtioneri Veel mensen lijden zonder aanwijsbare reden regelmatig aan hoofdpijn, voelen zich lusteloos en kunnen ondanks verwoede pogingen maar niet inslapen. Dergelijke symptomen kunnen (let wel: kunnen) veroorzaakt worden door een te hoge koncentratie aan positieve ionen in uw onmiddellijke omgeving. lonen zijn elektrisch geladen deeltjes die overal vrij door de ruimte zweven. Normaliter is de verhouding tussen positieve en negatieve ionen gelijk, maar soms wordt — door welke oorzaak dan ook — dat evenwicht verstoord. Men heeft bijvoorbeeld ontdekt dat in de buurt van

watervallen veel meer negatieve ionen door de lucht zweven, dan positieve, wat een heilzame invloed op de mens schijnt te hebben. Dit effekt kan men overigens ook heel eenvoudig thuis kreëren door simpelweg de kraan van de douche open te draaien. Apropos thuis, daar kunnen vele faktoren een rol spelen in de "ionen-huishouding". Zo wordt bijvoorbeeld vermoed dat sigaretterook een positieve lading bezit. Ook denkt men dat het branden van een kaars het aantal negatieve ionen in de ruimte verhoogt. In ieder geval kunnen we stellen dat hoe vaker een ruimte gelucht

Kon de luch

wordt, hoe "gezonder" de ionen-verhouding is. Zo gezien wordt bij het dagelijks kamerluchten dus niet alleen de zuurstof ververst, maar tevens het aandeel aan natuurlijke negatieve ionen verhoogd. Dit kan dan ook heel goed de reden zijn dat veel mensen beter bij een open raam kunnen slapen, dan wanneer alles potdicht zit. Een ander voorbeeld van de invloed van luchtelektriciteit op het welzijn van de mens is de föhn, die er voor zorgt dat mensen zich onbehaaglijk en geprikkeld voelen. Ook hier spelen positieve ionen een niet onbelangrijke rol. Velen voelen zich trou-

wens ook gespannen wanneer zich een fikse onweersbui aankondigt. Niet omdat ze bang zijn, maar vanwege het te grote aandeel aan positieve ionen die vlak voor een bliksemflits in de atmosfeer ontstaan. Na zo veel voorbeelden over de invloed van ionen op de gezondheid van de mens, dringt de vraag naar voren of er niet een manier bestaat om deze ladingen te meten. Het argument dat men ook zonder technische hulpmiddelen heus wel weet wanneer men hoofdpijn heeft, mag wel waar zijn, maar aangezien een kleine verandering in de leefgewoonte nog steeds gezon-

I4V5

IC2 7555

Figuur 1. Bij het meten van ladingen komen twee problemen om de hoek kijken: enerzijds moet de ingang van de meetschakeling zo h o o g o h m i g mogelijk zijn en anderzijds moeten de ladingen op de één of andere manier kunnen afvloeien, zodat er geen "ionen-file" kan ontstaan. Het eerste probleem w o r d t door de hoogohmige opamp van het type 3130 opgelost, terwijl een goede " d o o r s t r o m i n g " van de ladingen w o r d t bereikt door het periodiek kortsluiten van de ingang.

Figuur 2. Belangrijk bij de opbouw is dat de verbinding tussen de meetsensor en de ingang van de schakeling zo kort mogelijk wordt gehouden. Als sensor kan een stukje (afval)print worden gebruikt, dat minstens een oppervlakte heeft van 20 vierkante centimeter.

Onderdelenlijst Rl = 150 kQ R2 = 10 k£ R3.R4 = 4k7 R5 = 270 Q P1 = 1 MQ (lin) P2 = 100-kQ-instelpotmeter C1 = 820 nF C2.C6 = 100 nF C3 = 1 nF C4.C5 = 10 ^F/6 V T1.T2 = BC547B T3 = BC557B D1.D2 = LED's (rood, groen) IC1 = CA 3130 IC2 = 7555 1 standaardprint formaat 1 1 dubbelpolige aan/uit- wipschakelaar geschatte bouwkosten ca. 20 gulden

der is dan alsmaar pillen slikken, lijkt ons zo'n ionenmeter best wel nuttig. Wat de elektronische kant van de zaak betreft, staat er in ieder geval niets in de weg; ook de minder ervaren hobbyist kan de meter zondeval te veel problemen in elkaar zetten.

De schakeling Omdat het bij ionen om ladingdragers gaat, moet de schakeling in staat zijn om ladingen te meten (uiteraard zou je bijna zeggen. . .). Om dat te kunnen, moet de schakeling over een extreem hoogohmige ingang beschikken. We gebruiken daarom een CMOS-opamp van het type 3130, die "standaard" met een zeer hoogohmige ingang is uitgerust. Het met de nietinverterende ingang verbonden metalen plaatje pikt de ladingen uit de lucht en wordt (afhankelijk van het ladings-overschot) geladen tot een positieve of een negatieve spanning. Die spanning laat de uitgangsspanning van de als komparator geschakelde opamp naar een waarde van plus of min 4,5 V omslaan. De stroom die daardoor aan de uitgang van de versterker gaat vloeien, stuurt via één

van de twee transistoren bij negatieve ionen de groene LED of (bij positieve ionen) de rode LED. Behalve de metalen plaat, is nog een blokgolfoscillator op de ingang van de versterker aangesloten. Die oscillator heeft tot taak om transistor T1 regelmatig even open te sturen, zodat de lading van de plaat naar massa kan afvloeien en de ingang van de schakeling niet "verstopt" kan raken. Met behulp van P2 kan de offset van de versterker worden ingesteld en wel als volgt: verbind de twee ingangen van de versterker met elkaar en verdraai de potmeter zolang, totdat de ene LED niet meer, en de andere nog niet brandt. Beter nog, meet met een voltmeter op de uitgang van de versterker en stel P2 zo in, dat de wijzer precies op 0 V staat. Met P1 kan de oscillatorfrekwentie ingesteld worden tussen 2 en 10 Hz, zodat men de schakeling op de verschillende ionenkoncentraties kan aanpassen. Dit is noodzakelijk omdat het, bijvoorbeeld in een zwak veld van ionen, langer duurt voordat de plaat " v o l " is. In dit geval is een lage oscillatorfrekwentie gunstig. Bij het in bedrijf stellen van

de schakeling is het verder aan te bevelen de massaaansluiting met "aarde" te verbinden, teneinde te voorkomen dat zich een ladingsevenwicht opbouwt. Met andere woorden, verbind de massa van de schakeling met de water-, gas- of CVleiding (niet met de randaarde van het stopkontakt!). Wilt u het apparaat in de openlucht gebruiken, prik dan een metalen staaf in de grond. Bij gebruik van de meter zal men al gauw vaststellen dat de uitlezing vrijwel nooit konstant is; de uitlezing flikkert zogezegd steeds tussen rood en groen. Oorzaak daarvan is o.a. de instabiliteit van de alom aanwezige elektrostatische velden, die ook door de schakeling worden "opgepikt". Uitsluitsel over hoe het met de ionen in uw omgeving is gesteld, geeft in eerste instantie dan ook het "knippergedrag" van de uitlezing: brandt de groene LED vaker dan de rode, dan hoeft men zich over het leefklimaat geen zorgen te maken. Tot slot kan nog worden opgemerkt, dat het zaak is de verbinding van de sensor naar de ingang van de schakeling zo kort mogelijk te houden.

Voor een draadloze ver_» binding tussen twee punten is doorgaans • * nog wat meer nodig ,..* , dan alleen een •' • zender en een * ^ m ontvanger. § * . Om gebruik * # te m o g e n

••':

maken van , * # de ether als * « kommunikatie-medium moeten zendamateurs bijvoorbeeld eerst een examen doen, voordat zij een machtiging krijgen. We hebben het dan wel over verbindingen over relatief lange afstanden. Voor korte-afstand-verbindingen bestaan er andere mogelijkheden, zoals infrarood en ultrasoon. Bij deze technieken is de kans op onderlinge storing natuurlijk geringer dan bij de lange-afstand-verbindingen. Een tijdje geleden hebben we ons al eens beziggehouden met ultrasone kommunikatie (Elex juni '85). Als aanvulling hierop presenteren we nu een super-eenvoudig US-zendertje, dat bijv. nuttig te gebruiken is bij de elders in dit blad beschreven "vleermuis-ontvanger".

De schakeling Over de schakeling hoeven we niet moeilijk te doen. Figuur 1 laat het schema zien. Een IC-oscillator wekt een frekwentie op die boven

20 kHz ligt, dus onhoorbaar (althans voor de mens; voor bijv. vleermuizen vallen deze frekwenties nog altijd in het "hoorbare" gebied!). Een ultrasoon-kapseltje zet de opgewekte spanning om in een luchttrilling. In feite is

dit kapseltje een soort luidspreker, speciaal gemaakt voor zeer hoge frekwenties. Voor het opwekken van de fluittoon zijn N1, N2, R1, R2, PI en C1 verantwoordelijk. Met P1 kan de frekwentie ingesteld worden tussen

Figuur 1. De komplete zender is opgebouwd rond één IC dat 6 inverters bevat. Twee daarvan worden gebruikt als oscillator, de resterende vier inverters vormen een brugversterker(tje).

1 BB

ifc zie tekst

3E

N1 . . . N6 = IC1 = 4049B

.N5

...I5V (+)

S1j ¥ r o - ö - t

é> IC1

,N4

N6

4>sJ L£sJ

1M

16V

®-

pxa.

Onde rdelenlijst R1 = R2 = PI = C1 = C2 = IC1 =

2,2 kQ 10 kQ 25 kQ instel 1 nF 1 nF/16 V 4049B

diversen: ultrasoon-kapsel type " S " SI = drukschakelaar 16-pens-IC-voet V2 standaardprint formaat 1 Geschatte bouwkosten: f30,-

ca. 17 kHz (nog net hoorbaar voor de jongere lezers) en 45 kHz (vleermuis- "navigatiefrekwentie"). N 3 . . . N 6 vormen een minibrugversterker voor het ultrasoon-kapsel. De uitgangen van het koppel N3/N4 en N5/N6 zijn in tegenfase. De top-top-waarde van de wisselspanning over de luidspreker-uitgangen is dan het dubbele van de waarde, die men zou meten als men de luidspreker tussen één uitgang en massa zou plaatsen. Als luidspreker gebruiken we een speciaal ultrasoon kapsel. In tegenstelling tot de normale luidsprekers wordt hier gebruik gemaakt van piëzo-elektrisch keramisch materiaal in plaats van een membraan dat door een elektromagneet wordt aangedreven. Van het kapsel zijn twee uitvoeringen leverbaar, nl. een ontvang-type en een zend-type. Het ontvang type draagt de aanduiding " R " ; het zend-type " S " . Deze laatste moeten we natuurlijk hebben.

Wat doen w e ermee? Allereerst de opbouw. Figuur 2 laat zien hoe de komponenten een plaatsje weten te vinden op een standaardprint formaat 1, die eventueel tot een formaat 0,5 verkleind kan wor-

2x AA119

US zender

den met behulp van een figuurzaag of een scherp mesje. In eerste instantie kan deze schakeling gebruikt worden als vervanging van echte vleermuizen bij aktiviteiten met de "vleermuisontvanger". Ook kan de zender nuttige diensten bewijzen bij het testen van US-afstandbedieningen van al iets oudere televisietoestellen. Om na te gaan of de fout ligt bij de zender of de ontvanger (of — natuurlijk niet te hopen — allebei) kan door middel van het variëren van de frekwentie vrijwel elke ontvanger-unit getest worden. Informatie-overdracht op de meest eenvoudige manier is mogelijk door een morseseinsleutel in serie met de voedingsspanning op te nemen. Als ontvanger nemen we wederom de "vleermuis-ontvanger". Bij nauwkeurig uitrichten van zender- en ontvangerkapsel moet een afstand van ca. 15 m nog te overbruggen zijn. In ons lab hebben we deze zender gebruikt voor experimenten met het zgn. Doppler-effekt. Het Dopplereffekt berust op het ontstaan van een frekwentieverschil tussen uitgezonden signaal en weerkaatst signaal als het weerkaatsend voorwerp beweegt (ten

x

Mr*

m * 4. ©• *—0-

opzichte van de waarnemer). Het bewegen van de zender is in de "vleermuisontvanger" hoorbaar als een soort snelheids-afhankelijk gejank. Het Doppler-effekt wordt trouwens ook benut in inbraakalarm-apparatuur. Zender en ontvanger zijn in één kastje samengebouwd. Wordt er een bewegend voorwerp "gezien", dan registreert de ontvanger een frekwentieverandering ten opzichte van de zender en slaat alarm. Zowel zend- als ontvangkapseltje hebben een optimale werkfrekwentie. In geval van de toepassing als morsezender kan de frekwentie optimaal worden ingesteld met de hulpschakeling in figuur 3. De meter moet dan op maximale uitslag afgeregeld worden. Tot slot nog iets over de relatie ultrasoon/vervelende insekten. Het schijnt namelijk dat sommige insektensoorten gevoelig zijn voor bepaalde ultrasone frekwenties. Hoe dit uitpakt in het steekgedrag van deze beestjes, valt nogal moeilijk na te gaan. Of onze US-zender in staat is om deze insekten te verjagen (of net aan te lokken!) weten we niet zeker, maar dat valt natuurlijk te proberen. ..

«#% •_.*"-.•

•

wmm

Figuur 2. Met een beetje moeite past deze schakeling zelfs in een lucifersdoosje. Figuur 3. Met deze hulpschakeling kan de zender afgesteld worden op maximale reikwijdte. Voor dit doel kan eventueel het ontvanger-kapsel uit de "vleermuis-ontvanger" even worden gebruikt.

ruststroom i nstel I i ng 'KO*

H-o*

Het instellen van de ruststroom bij versterkers is een bezigheid die niet al te vaak voorkomt. Maar wie zelf een eindtrap heeft gebouwd, of een versterker heeft gerepareerd door de eindtransistor(en) te vervangen, zal er waarschijnlijk toch mee te maken krijgen. Denk overigens niet dat bij alle eindtrappen de ruststroom regelbaar is. In het schema van figuur 1 is de ruststroom met behulp van drie dioden vast ingesteld. De spanningsval over de drie dioden bedraagt in totaal ca. 2 V ( = drie maal de drempelspanning). Omdat de spanningsval over elk van de basis-emitterovergangen ca. 0,7 V zal zijn, valt over de beide emitterweerstanden de resterende 0,6 V. Met behulp van de Wet van Ohm kan nu bepaald worden hoe groot de stroom is die door de beide weerstanden vloeit, en deze stroom noemt men de "ruststroom". Omdat de

spanningsval over de dioden, de drempelspanning van de basis-emitterovergangen, en de weerstandswaarden van de emitterweerstanden tamelijk konstant zijn, zal ook de ruststroom een min of meer vaste waarde hebben. Figuur 2 toont hoe een regelbare ruststroominstelling er uit ziet. T3 zorgt er voor dat de spanningsval tussen de basis van T1 en de basis van T2 konstant is; in dat opzicht heeft T3 dezelfde funktie als de dioden in figuur 1. De potentiometer deelt echter deze spanning. Omdat de spanning over de onderste tak van de spanningsdeler door de basis-emitter-overgang op 0,6 V wordt gehoudeh, is de spanning over de bovenste tak (en ook de totale spanning) afhankelijk van de stand van de potmeter. Laten we bijvoorbeeld aannemen dat de loper van de potmeter op V* vanaf de onderste aanslag staat. De

spanning over het bovenste (%) deel van de weerstandsbaan zal dan 1,2 V bedragen; de spanning over de potentiometer (c.q. de transistor) heeft dan een konstante waarde van 1,8 V. Omdat de spanning tussen de basis van T1 en de basis van T2 afhankelijk is van de stand van de potmeter, kan met behulp van de potmeter de ruststroom worden ingesteld.

Instelling De juiste waarde van de ruststroom ligt meestal tussen 40 mA en 60 mA. Eindtrappen met VMOS-FET's hebben meer nodig (100 mA), en eindtrappen voor kleine vermogens (tot 10 W) wat minder (10 mA). Om te bepalen hoe groot de ruststroom is, meten we de spanning over de emitterweerstanden. Omdat deze spanning meestal lager is dan 1 V moet de meter vrij gevoelig zijn. Tijdens de

Figuur 1. Een vaste ruststroominstelling. De dioden handhaven een konstant spanningsverschil tussen de beide transistoren. Beide transistoren gaan geleiden en de waarde van de ruststroom die dan vloeit hangt af van de emitterweerstanden RE-

Figuur 2. Anders dan in figuur 1, waar de dioden tussen de beide bases een vaste spanning handhaafden, is in dit schema de spanning instelbaar met behulp van een potentiometer.

Figuur 3. De praktijk. Dit is het schema van een 70-W-Hi-Fiversterker {bron: Philips). De ruststroominstelling ziet er enigszins anders uit dan in figuur 2, maar het principe is ongeveer hetzelfde.

C8 -L

85750X-3

meting mag geen ingangssignaal aanwezig zijn; de ingang moet dus bij voorkeur naar massa worden kortgesloten. De spanningswaarde moet door de (totale) weerstandswaarde gedeeld worden. Bijvoorbeeld: over twee weerstanden van 1 ohm treedt bij een ruststroom van 50 mA

een spanningsval van 100 mV op. Men kan de ruststroom ook rechtstreeks meten door in de kollektorleiding van T1 een ampèremeter op te nemen. Omdat de eindtransistoren meestal niet op de print gemonteerd worden maar op een koellichaam dat naast de print is

smeltveiligheden snel uitgewisseld

7

Smeltveiligheden, ook wel zekeringen genaamd, behoren in elk elektronisch apparaat hun beveiligende en beschermende taak uit te oefenen. Het grootste deel van de tijd wordt in rust doorgebracht, maar het kan soms gebeuren dat een zekering moet worden verwisseld. Bij een printzekeringhouder moet hiertoe eerst de behuizing worden geopend, waarna de defekte zekering wordt opgezocht en vervangen (nadat natuurlijk eerst de fout-oorzaak is opgespoord). Soms wordt echter vergeten om de netspanning uit te schakelen, zodat de kans op een schok bij het uitnemen van de zekering niet denkbeeldig is. Van de andere kant blijken paneelzekeringhouders vaak ongenadig vast te zitten, of hebben we net geen schroevendraaier bij de hand om het dopje los te draaien.

Ideaal is de hiernaast afgebeelde zekeringhouder van het fabrikaat Littelfuse. Met één simpele druk op het deksel (aanduiding "press") kan de houder geopend worden. Hierbij schuift de (glas)zekering uit de kontaktstrippen en kantelt het geheel naar buiten. Direkt achter de zekering zit — als het goed is — een reserve-exemplaar. Na vervanging kan de houder gewoon dichtgedrukt worden. De bevestiging geschiedt volgens de zgn. snap-in-methode. Voor meer informatie op het gebied van zekeringen en zekering-houders kunt u terecht bij: Electronica Nederland B.V., postbus 92, 1380 AB Weesp. (X219 M)

opgesteld, zal het een kleine moeite zijn de desbetreffende aansluitdraad los te nemen. Bij een nieuwe of gerepareerde schakeling die voor de eerste maal wordt ingesteld, moet men beginnen met de potentiometer (zie figuur 2) tegen de "bovenste" aanslag te draai-

en. Basis en koliektor van T3 zijn dan kortgesloten; de spanning over T3 zal ongeveer 0,7 V bedragen, en de beide eindtransistoren zijn (in rust) gesperd. Zo worden ongelukken bij het inschakelen voorkomen.

digitale meetpen Spitznagel GmbH uit Duitsland is op de markt gekomen met een handige, fraaigevormde en eenvoudig te bedienen digitale voltmeter voor ontwikkelingsingenieurs, servicetechnici en elektrotechnici. Het maximum meetbereik is 1000 V

gelijk- of wisselspanning, hetgeen door middel van een omschakelaar te kiezen is. De ingebouwde batterij, die zorgt voor het oplichten van het display, heeft een lange levensduur, omdat deze alleen tijdens het meten ingeschakeld wordt. De zeer flexibele meetkabel is voorzien van een silikonenmantel, die kortstondig ook een soldeerbout weerstaat. De meetstift van de tester is puntig zodat door de isolatie van kabels of door de lak van een printplaat heen gemeten kan worden. Aan de andere zijde van de kabel vindt men een 4 mm bussteker, waarop elke gewenste testpen aangesloten kan worden. van Vliet - Pijnacker BV, Postbus 65, 2640 AB Pijnacker. (X221 M)

*%a

Er zijn duidelijke verschillen tussen enerzijds kommerciële elektronische apparatuur en aan de andere kant datgene wat elektronicahobbyisten in hun vrije tijd tot stand brengen. Het duidelijkst is dat te zien aan de buitenkant: de behuizing. De industrie besteedt daar minstens evenveel aandacht aan als aan het inwendige, voor hobbyisten is het een sluitpost op de begroting. Verder zal geen enkele kommerciële ontwerper het in zijn hoofd halen een schakeling te ontwerpen die niet beveiligd is door een of

meer zekeringen. De kosten daarvan immers wegen niet op tegen de schade die kan ontstaan als er eens iets mis gaat. Amateurs denken wat dat betreft veel gemakkelijker: als er iets doorbrandt, kunnen ze het immers eenvoudig vervangen. Toch heeft het gebruik van zekeringen wel degelijk zin. Voor lichtnetzekeringen is dat al heel duidelijk. Een veel te grote stroom in netleidingen kan de kabels tot aan het smeltpunt toe verhitten, wat gemakkelijk aanleiding kan geven tot brand. In elektronische schakelin-

gen, die vaak op batterijen werken, is het brandgevaar natuurlijk niet zo groot, hoewel bijvoorbeeld een kortgesloten Ni-Cd-akku een heel bevredigend vuurwerk kan opleveren. Maar het gaat vooral om de onderdelen zelf. Een te grote stroom door een halfgeleider kan vernietigend werken zonder dat er rook-, vuur- of hitteverschijnselen te bespeuren zijn. Die kapotte halfgeleider kan dan op zijn beurt een kettingreaktie veroorzaken, waardoor ook andere onderdelen overbelast raken en het begeven. Als zoiets

gebeurt op een print vol dure IC's is de lol er gauw af. Het gevaarlijkste moment voor iedere schakeling breekt aan als zij voor het eerst in bedrijf wordt gesteld. Een door te heet solderen defekte komponent, een sliertje soldeer tussen twee printsporen, verwisselde aansluitingen, al deze oorzaken kunnen ertoe leiden dat de ampères hun vernietigende werk beginnen. Misschien is het dan toch geen gek idee, speciaal voor dit soort klusjes een testzekering bij de hand te

r

& - « • •

i

"ESET

o—**-*

BH

W

I

•A,?;:^^:,

D 1

|IOK | — ^ | — BC 161-16

©-*5 . . . 30 V

Onderdelenlijst R1 = 1,2 Q (zie tekst) R2,R3,R4,R6 = 10 kQ R5 = 1 kQ R7 = 5,6 kQ C1 = 10...100/jF/10 V (zie tekst) D1 = 1N4148 T1.T3 = BC557B T2 = BC 161-16

'-^-Ol-^-

0

^j:;::.-,,,,;;;;,

BC557B,

o-@

Diversen: S1 = druktoetsschakelaar 1 kleine Elex-print Geschatte bouwkosten zonder' behuizing en montagemateriaal: f 1 0 , -

<S>

X

Figuur 1. Het vereenvoudigde schema van de elektronische zekering. Hoe meer stroom er door R1 vloeit, des te hoger w o r d t de spanning tussen emitter en basis van T l — des te sterker w o r d t de stroom door T1 — des te geringer w o r d t de spanning tussen basis en emitter van T2 — des te geringer w o r d t de stroom door T2 en daarmee de stroom, die de zekering aan de verbruiker doorgeeft. Dit is een regelschakeling, die de stroom begrenst; een echte zekering is het nog niet. Figuur 2. De diode D1 zorgt ervoor, dat de zekering ook werkelijk schakelt. Bij het regelen door T2 neemt de spanning aan diens koliektor af, waardoor stroom door D1 en het basis-emitter-circuit van T1 kan vloeien. Daardoor w o r d t T1 helemaal open-, en T2 tegelijkertijd helemaal dichtgestuurd. Dit is geen regelschakeling meer: het gevolg w e r k t hier in versterkte mate terug op de oorzaak. Zodra D l stroom begint door te laten, is er geen houden meer aan: de zekering "brandt door". Figuur 3. Het uiteindelijke schema van de zekering. T3 is toegevoegd, omdat anders in uitgeschakelde toestand de zekering onnodig veel stroom zou verbruiken.

hebben die kan worden aangesloten tussen de voeding en het te testen apparaat. Bij het overschrijden van de maximale stroomwaarde wordt de voedingsspanning ogenblikkelijk onderbroken. Het voordeel van een elektronische zekering boven de bekende glazen buisjes met smeltdraad is dat de elektronische zekering steeds weer opnieuw kan worden gebruikt en in principe instelbaar is op iedere gewenste waarde.

Het schema Erg duur of erg ingewikkeld hoeft zo'n zekering niet te zijn. De principeschakeling is in figuur 1 te zien. Bij normaal gebruik loopt de voedingsstroom van het aangesloten apparaat vrijwel ongehinderd via R1 en het emitter-kollektorcircuit van T2 (basisstroom loopt via R5). Als door een kortsluiting of een defekt in de verbruiker de stroomsterkte groter wordt, dan wordt ook de spanningsval over R1 groter. Wordt die spanning groter dan de drempelspan-

ning van T1 (0,6 volt), dan gaat T1 geleiden. De kollektorstroom van T1 loopt dan door R5: de spanning over die weerstand wordt dus ook groter. Dat heeft tot gevolg dat de basisstroom van T2 kleiner wordt, zodat de kollektorstroom van T2 ook minder wordt. Tot zover hebben we te maken met een doodgewone stroombegrenzingsschakeling, die geleidelijk minder stroom gaat leveren naarmate de inwendige weerstand van de aangesloten verbruiker lager wordt. Het is echter de bedoeling dat onze zekering de stroom helemaal uitschakelt. Daarvoor moeten we even kijken naar figuur 2. Zodra T2 bij het bereiken van de stroomgrens de kollektorstroom van T2 begint te verminderen, wordt de spanning aan de koliektor lager. De uitgangsspanning van de "zekering" is lager dan de ingangsspanning. Er gaat een stroom lopen van de plusaansluiting van de voeding via de emitter en de basis van T1, R2 en Dl. Voor T1 is dat een basisstroom. T1 gaat volledig geleiden en stuurt T2 hele-

S

1

maal dicht. Er is dan een stabiele toestand bereikt: de zekering is "doorgebrand". Om de oorspronkelijke toestand te herstellen, moeten we er voor zorgen dat T1 weer gaat sperren. In het "echte" schema (figuur 3) wordt dat gedaan door de basis en de emitter van T1 met een reset-schakelaar kort te sluiten. Een ander nieuw element in het definitieve schema is T3. Deze transistor is niet strikt noodzakelijk, maar bespaart wel stroom. R5 mag namelijk niet te hoogohmig zijn, anders zou de basisstroom van T2 te laag worden, zodat die te weinig zou geleiden. Als echter de zekering is "doorgebrand", wordt (in het schema van figuur 2) R5 als koliektorweerstand voor T1 gebruikt, zodat er een flinke stroom doorheen kan lopen. In figuur 3 neemt R6 die taak over. Omdat de weerstand daarvan tien maal zo groot is als R5, blijft de stroom binnen de perken. Een bijkomend voordeel is, dat T3 de basisstroom van T2 helemaal afknijpt als T1 open gaat; dat verhoogt de reak-

o

tiesnelheid van de schakeling. De maximaal toegestane stroom door de zekering bedraagt 500 mA. Voor de meeste toepassingen zal dat wel voldoende zijn. Door de waarde van R1 te vergroten wordt de stroomsterkte, waarbij de zekering uitschakelt, kleiner. Dus: hoe groter R1 is, des te gevoeliger wordt de zekering. In formulevorm wordt dat: I = 0,6V/R1 R1 kan als volgt worden berekend: R1 = 0,6 V/l Voor een uitschakelstroom van een halve ampère wordt dat dus: R1 = 0,6 V/0,5 A = 1,2 ö Bij lagere voedingsspanningen ( < 10 volt) loopt in de praktijk de afschakelstroom-

waarde iets terug; in de formule kan de 0,6 volt dan beter worden vervangen door 0,4 volt. Bij gebruik als testzekering kan R1 worden vervangen door een aantal weerstanden, waarvan één met behulp van een draaischakelaar kan worden gekozen. Door de lage waarde van R1 is een potmeter hier helaas onbruikbaar. C1 vertraagt de werking van de schakeling. Voordat de spanning over R1 groter kan worden, moet C1 eerst worden geladen, wat even duurt. Dat voorkomt dat de zekering bij iedere stroompiek uitschakelt. De vertragingstijd hangt natuurlijk af van de kapaciteit van Cl. Een waarde van 10 JUF resulteert in een snelle zekering, 100 /JF

is traag. Wie het heel mooi wil doen, kan ook C1 nog omschakelbaar maken. Over de opbouw valt verder weinig te zeggen: de printtekening laat duidelijk zien hoe het allemaal moet. De behuizing van de testzekering hoeft niet groot te zijn, omdat het apparaat geen eigen voedingsspanning nodig heeft. Behalve gaten voor eventuele schakelaars zijn er nog slechts vier aansluitingen nodig voor de in- en uitgaande stroom (of drie, de massaaansluiting is namelijk gemeenschappelijk). Die aansluitingen kunnen als telefoonbussen of als stukjes kabel met krokodilklemmen worden uitgevoerd. Denk er wel om dat de schakeling alleen voor

vonkenmachine

gelijkstroom mag worden gebruikt. Behalve als zelfstandige unit kan deze zekering natuurlijk ook worden gebruikt voor inbouw in andere apparaten. De afmetingen zullen meestal geen probleem vormen. Het resetknopje kan in dat geval naar buiten worden gevoerd of, eenvoudiger, met twee-komponentenlijm op de print worden vastgezet.

Elektrische vonken hebben de mensheid altijd al gefascineerd. De gevleugelde uitspraak: "Reeds bij de oude Grieken. . ." is ook bij dit onderwerp weer van toepassing. Het woord "elektron" is namelijk Grieks voor "barnsteen", wat een soort versteende boomhars is. Net als vele andere materialen bezit ook barnsteen de eigenschap dat het elektrisch geladen wordt als we het opwrijven met een doek of (nog beter) een dierevel. Dat het materiaal elektrisch geladen is, kunnen we bijvoorbeeld zien doordat kleine voorwerpen (zoals papiersnippers, of de beroemde vlierpitbolletjes) worden aangetrokken of afgestoten; bovendien springen er bij nadering van een groot geleidend voorwerp (en dat kan ook een mens zijn) vonken over.

Statische ladingen

J

In onze dagelijkse omgeving zijn vele materialen te vinden die elektrisch (of, zoals men ook wel zegt, elektrostatisch-) geladen kunnen worden. Ook zonder het vrij zeldzame en kostbare barnsteen kunnen we dus

Figuur 1. Konstruktietekening van onze vonkenspuwer. Als men aan de slinger draait, wrijven de grammofoonplaat en het bont langs elkaar. Daardoor w o r d t de plaat negatief geladen. Via de draadborstel worden de elektronen naar een spitse elektrode geleid. Doordat de lucht tussen de elektroden geïoniseerd raakt, kunnen de elektronen overspringen naar de tegenpool; vervolgens vloeien ze weer terug naar het bont. Het effekt zou nog sterker zijn als bij de fabrikage van grammofoonplaten niet een stof werd bijgemengd die aan het vinyl een zekere mate van geleidbaarheid geeft en zo de ontvankelijkheid voor statische ladingen beperkt.

het nodige te weten komen over het gedrag van deze elektrische ladingen. Menigeen zal wel eens aan den lijve ondervonden hebben hoe plotseling en pijnlijk de vonken kunnen overspringen als men bijvoorbeeld in een winkel met nylon-vloerbedekking een metalen leuning of deurklink vastpakt. Een tweede voorbeeld: kledingstukken van kunstvezel knetteren bij het aan- en uittrekken; in het donker zijn de vonken die daarbij ontstaan goed te zien. Ook onweer en bliksem berusten op hetzelfde principe. Hoewel de vonkontladingen die in de vrije natuur optreden aanzienlijke verwoestingen kunnen aanrichten en voor de mens soms dodelijk blijken, zijn de vonken die ontstaan bij het kammen en bij de omgang met kledingstukken volkomen ongevaarlijk. Hoewel ook hierbij spanningen voorkomen van duizenden volts is er geen sprake van gevaar omdat de beschikbare energie veel te klein is om in een geleider (of een mens)

een stroom te laten ontstaan.

Hoe vonken ontstaan Zoals bij alle elektrische verschijnselen zijn ook bij dit fenomeen elektronen in het spel. Bij alle stoffen, geleidend of niet-geleidend, zijn de elektronen in meerdere of mindere mate gebonden aan hun atomen. Wrijven we nu twee materialen langs elkaar die onderling verschillen wat betreft de grootte van de bindingskracht tussen de elektronen en de rest van het atoom, dan worden in de stof met de kleinste bindingskracht elektronen vrijgemaakt, en deze worden door de andere stof aangetrokken. Deze verschijnselen spelen zich bij nietgeleidende materialen uitsluitend af aan de oppervlakte van de lichamen. De elektronen kunnen dan niet naar het inwendige van het lichaam vloeien, zodat ze zich aan de oppervlakte ophopen. We krijgen dus twee verschillend geladen lichamen, waarvan de potentialen elkaar zullen pro-

beren op te heffen. Dit kan natuurlijk alleen over de luchtweg en de veldsterkte (dat is de spanning gedeeld door de afstand) moet daarvoor groter zijn dan zo'n 30 kV/cm. Tussen de beide lichamen ontstaat dan een elektrisch veld dat sterk genoeg is om de tussenliggende luchtlaag te ioniseren. Dat houdt in: de lucht wordt geleidend, zodat er een kanaal ontstaat dat de elektronen de gelegenheid biedt over te stappen naar de tegenpool. Als dit "overstapje" plaats vindt, zien we een vonk en horen we geknetter. Een spitse vorm van het materiaal bevordert dit effekt: hoe spitser de punt, des te dichter komen de veldlijnen bij elkaar te liggen (denkbeeldig dan wel); en hoe dichter de veldlijnen bij elkaar liggen, des te hoger is de veldsterkte. Hoewel de hoge spanningen die door wrijving verkregen worden voor de hobbyist nauwelijks van praktisch nut zijn, kan met behulp van de statische elektriciteit een reeks klassieke proeven wor-

den uitgevoerd; in dit artikel zullen we die niet beschrijven omdat ze in vele schoolboeken voor natuurkunde te vinden zijn. Het leek ons interessanter dit artikel te besluiten met de bouwbeschrijving van een eenvoudige, met de hand te bedienen hoogspanningsgenerator. Behalve een afgedankte grammofoonplaat is er voor dit apparaat niet veel nodig.

Een vonkenmachine Figuur 1 toont hoe het gebouwde apparaat er uit ziet. De muzikale inhoud van de gebruikte grammofoonplaat is niet van belang. Wel verdient het de voorkeur een exemplaar toe te passen dat zich door wrijving goed laat opladen. Een LP die geperst is uit een vinylmateriaal dat van nature al knettert en veel stof aantrekt, is zeer geschikt. Ga maar eens op zolder kijken. Daar ligt vast nog wel een plaat die ooit kado werd gegeven door iemand die weinig begrip van muziek had!

De plaat wordt voorzien van een slinger en in een standaard gemonteerd. Aan de ene zijde rust tegen de plaat een stukje bont, en aan de andere zijde een borstel van koperdraad. De draadborstel kan worden samengesteld door een rij korte eindjes van flexibel snoer op een stukje massief koperdraad te solderen. Men kan het ook proberen met een stuk afschermmantel uit een oude antennekoax. De gevlochten mantel wordt van de kabel getrokken, in de lengterichting aan een koperdraad gesoldeerd en vervolgens opengeknipt. Zo ontstaat een borstel van haardunne koperdraadjes. Van de borstel loopt een draad met een spitse punt naar de plek waar de vonken moeten overslaan. De andere elektrode bestaat uit een soortgelijk stuk draad dat met het stukje bont is verbonden. Hoe men het eenvoudigst aan een stukje bont kan komen zal afhangen van de persoonlijke omstandigheden. Het restantje dat in ons prototype dienst doet, werd door een van onze medewerkers opgediept uit het naaimandje van zijn echtgenote; kragen en manchetten van (dames)kledingstukken worden wel eens afgebiesd met bontstukjes. Maar ook een ontluisterde hoed of een oude schoen kan in naam der wetenschap van zijn bont ontdaan worden. Kijk dus eerst eens in de mottenkist; meestal is het wat voorbarig zich direkt al aan een huisdier te vergrijpen. Bij ons prototype hebben we een frame van acrylglas (plexiglas) toegepast, maar wie dit materiaal niet ter beschikking heeft mag ook droog hout of spaanplaat gebruiken; metaal en andere geleidende materialen zijn uiteraard niet geschikt.

Waar draait het om? Om te beginnen draait

natuurlijk de plaat. Soms zal het zelfs mogelijk zijn te horen welk meesterwerk in de groeven is vastgelegd, want als een van de draadjes van de borstel toevallig in een groef terecht komt horen we iets dat, hoewel sterk verminkt, toch nog op muziek lijkt. In natuurkundig opzicht gaat het echter om het volgende. De twee verschillende, niet-geleidende materialen die langs elkaar wrijven zijn het vinyl van de plaat en het bont. De elektronen hebben een uitgesproken voorkeur voor de kunststof van de plaat. Als we aan de slinger draaien, raakt de plaat dus negatief geladen ten opzichte van het bont. Door de borstel van koperdraad worden de elektronen (bij wijze van spreken) "opgezogen" en afgeleid naar een draad waarvan het uiteinde spits is. Door deze vorm komen de "veldlijnen zo dicht bij elkaar te liggen" dat er via de lucht vonken kunnen overslaan. Om de vonkoverslag te kunnen zien, moet het echter donker zijn. Als bovendien het omgevingslawaai niet al te sterk is, kan men ook het geknetter van de vonken horen. De draad aan de overkant van de vonkenbrug is verbonden met het bont, zodat er sprake is van een gesloten circuit. Om een goed kontakt tussen de draad en het bont tot stand te brengen, wordt het bont op een metalen plaatje gelijmd dat op zijn beurt verbonden is met de draad. Deze methode voor het opwekken van hoge spanningen is bij lange na niet de enige. Met andere machines kunnen krachtiger vonken worden opgewekt, maar als men niet voorzichtig te werk gaat, zijn deze apparaten gevaarlijk. Een bekend voorbeeld is de historische "vonkeninduktor"; hierbij wordt de hoogspanning opgewekt met behulp van een spoel, dus door induk-

bont

i

grammofoonplaat

nJ

vonken- _> brug

f

L

u

• slinger

© © O © draadborstel

©

~

0 ©

© 0

0 0

tie, een principe dat ook wordt toegepast bij de bobine in een auto. Verder kennen we nog de "diodenkaskade" en de beroemde "Van de Graaffbandgenerator" waarvan onze vonkenmachine in de verte nog familie is. Wie voor dit interessante gebied van de elektrotechniek belangstelling heeft, zal in de vakliteratuur nog veel meer nuttige informatie kunnen vinden. Wij hopen dat ook bij U spoedig een vonk zal overspringen.

0 © O 0 0 ©

Figuur 2. Het schema van de vonkenmachine (voor zover men in dit geval nog van een schema kan spreken). Hoe het w e r k t w o r d t in dit artikel toegelicht.

Honden houden van mensen en mensen schaffen honden aan, omdat ze hebben horen vertellen dat het trouwe, intelligente en gehoorzame huisdieren zijn. Een hoogst enkele keer kom je inderdaad wel eens een hond tegen, die ogenblikkelijk doet wat zijn baas zegt; veel vaker is de hond de baas. Op zijn dagelijkse wandeling sleurt hij het baasje door het landschap en als die ten einde raad de riem dan maar losmaakt, gaat het eigenwijze dier er als een pijl uit een boog vandoor, om pas terug te komen als hij er zin in heeft. Een kostelijk schouwspel voor voorbijgangers, dat wel. Eigenlijk kun je het de hond niet kwalijk nemen: het kleine denkraam van het dier wordt geheel in beslag genomen door de zintuiglijke indrukken, die het vooral via zijn neus ontvangt: het roepen en smeken van zijn baas dringt domweg niet tot hem door. Om door die koncentratie heen te breken, is een zeer sterke zintuiglijke prikkel nodig; ons hondefluitje kan die leveren. Het principe is al oud en berust op het door de

Engelsman Galton ontdekte feit, dat het gehoorbereik van honden veel groter is dan dat van mensen. Tonen die wij niet meer kunnen horen omdat ze te hoog zijn (ultrageluid), kunnen door honden gemakkelijk worden waargenomen. Zo'n hoge frekwentie kan bijvoorbeeld worden opgewekt door de uitboring van een sleutel vanaf de zijkant krachtig aan te blazen. Als je het goed doet, hoor je een luide, hoge toon. Als de sleutel klein genoeg is, hoor je niets: dat is dan ultrageluid. Het nadeel van deze methode zal duidelijk zijn: je weet nooit zeker of de zaak funktioneert. Bovendien kan dat krachtige blazen vooral bij ongetrainde personen leiden tot duizeligheid, zwarte

hondefluitje vlekken voor de ogen, hoofdpijn en zelfs hyperventilatie. Een eenvoudige elektronische schakeling kan al deze ellende voorkomen.

Het schema Brugschakelingen zijn onovertroffen als het er om gaat, de voedingsspanning voor een bepaalde verbruiker zeer snel om te polen. Dat kan bijvoorbeeld nodig zijn bij gelijkstroommotoren, als de draairichting moet worden omgekeerd. In ons geval (figuur 1) is de verbruiker een kleine piëzohogetonenluidspreker. Als T1 en T4 geleiden, loopt de stroom van links naar rechts door de luidspreker. Als T2 en T3 geleiden, loopt de stroom van rechts naar

links. Het voordeel hiervan boven een enkelvoudige sturing is, dat het membraan vanuit de ruststand twee kanten op kan trillen, waardoor de geluidssterkte verviervoudigd wordt. De vier transistors worden gestuurd door de invertergroepen N 1 . . . N 3 en N4. . . N 6 . De inverters zijn parallel geschakeld om voldoende basisstroom te kunnen leveren. De eerste invertergroep doet bovendien dienst als oscillator: R1 koppelt de uitgangsspanning terug naar de ingang en bepaalt samen met C2 de frekwentie. Van de transistoren T1 en T2 geleidt er telkens maar één: T1 als de gemeenschappelijke basisaansluiting " h o o g " is, T2 als die " l a a g " is. Hetzelfde geldt voor T3 en T4. Door de rechter invertergroep is de basisspanning van T3 en T4 altijd tegengesteld aan die van T1 en T2. De vier transistors die de "eindtrap" vormen, werken als schakelaar. Ze zijn óf helemaal geleidend, óf helemaal in spertoestand. Dat heeft als voordeel dat de warmte-ontwikkeling zeer gering is; in geleidende toestand is de koliektor-

N I ... N6 = IC1 =40106

BD 135 BD 136 Onderdelenlijst R1 = 39 kö Cl = 2 2 0 ^ / 1 6 V C2 = 1,5 n F . . . 2 , 2 nF (zie tekst) T1.T3 = BD 135 T2.T4 = BD 136 IC1 = 40106 Diversen: piëzo-tweeter, bv. KSN 1001 A of KSN 1005 A SI = druktoets, enkelpolig 1 kleine Elex-print Geschatte bouwkosten zonder behuizing, montagemateriaal en batterij: ca. f 30,—

emitterspanning namelijk heel klein. Bovendien is er geen voorversterkertrap nodig, wat bij een sinusvormige trilling wel het geval zou zijn.

De afregeling Het is bijna onbegonnen werk, erachter te komen aan welke supersonische frekwentie een bepaalde hond de voorkeur geeft. In ieder geval moet die frekwentie boven de menselijke gehoorgrens liggen. Om dat te bereiken, moet er even met de waarde van C2 worden geëxperimenteerd. Kies eerst een wat grotere waarde, bijvoorbeeld 10 nF. De toon moet nu duidelijk waarneembaar zijn. Verlaag dan steeds die waarde. De toon zal iedere keer hoger worden en op een gegeven moment verdwijnen. Uw gehoorgrens is dan overschreden. Regelmatige discobezoekers en mensen die ouder zijn dan 20 jaar moeten er rekening mee houden dat hun gehoororgaan niet meer optimaal werkt; vraag in dat geval aan een jonger iemand of de toon inderdaad niet meer waarneem-

baar is. De hond moet er natuurlijk nog wel op reageren! Jaag het beest niet de stuipen op het lijf door de luidspreker vlak bij zijn oor te houden. De geluidssterkte is aanzienlijk en als het dier bang wordt voor het apparaat, kunt u het verder wel vergeten. Gelukkige bezitters van een oscilloskoop hebben het wat gemakkelijker. Over de luidspreker moet een blokgolf te meten zijn, waarvan de toptop-waarde ongeveer gelijk is aan de dubbele voedingsspanning. De frekwentie moet in de buurt van de 25 kHz liggen. Het allerbelangrijkste komt dan nog: ook de hond moet worden afgeregeld. Het dier moet namelijk ontdekken, dat het signaal voor hem bedoeld is. Ga binnenshuis op enige afstand van de hond staan en laat een korte fluittoon horen. Prijs het dier uitbundig als het naar u toekomt, spreek het bestraffend toe als het dat niet doet. Afhankelijk van de intelligentie van de hond dient dit procédé enige tientallen tot enige honderden malen herhaald te worden. Pas als de hond ogenblikkelijk op de fluittoon reageert,

kan het apparaat buiten worden gebruikt. Geef niet de hond de schuld, als het fluitje na enige tijd minder goed werkt; dat ligt dan aan de batterij, die vervangen moet worden. Een ingebouwde batterijkontrole is eenvoudig te realiseren door achter de schakelaar een LED op te nemen in serie met een weerstand van 1 kQ.

Figuur 1. Een fraai, symmetrisch schema: vier powertransistoren zorgen ervoor, dat uw hond achteraf niet kan beweren, dat hij niets heeft gehoord. Omdat beurtelings alleen de diagonaal tegenover elkaar gelegen transistoren gaan geleiden, wordt de spanning over de pièzo-hoorn steeds omgepoold in de maat van de 25-kHz-oscillator. Deze is opgebouwd uit de drie parallel geschakelde inverters aan de linkerkant. Figuur 2. De schakeling zelf kan heel klein worden gebouwd op minder dan de helft van een Elex-print. De afmetingen worden voornamelijk bepaald door de grootte van de piëzo-hoorn.

CHIPS

dagelijkse kost voor elektronici

40 jaar elektronica-geschiedenis in vogelvlucht

CHIPS voer voor elektronici

ir**

Met weemoed denkt menigeen terug aan de vervlogen t i j d waarin gloeiende elektronenbuizen in elektronische apparaten voor de nodige aktiviteit zorgden.

Op kulinair gebied mogen chips dan wel geen hoofdschotel vormen, in de moderne elektronica zijn het de belangrijkste ingrediënten van de kost die de elektronicus dagelijks krijgt voorgeschoteld. Vooral de introduktie van de revolutionaire microprocessor, het grote hedendaagse rekenwonder in miniformaat, is de reden geweest dat de chip door de minder ingewijden uit de burgerij ongenuanceerd geassocieerd wordt met letterlijk alles wat met (mikro-)elektronica van doen heeft. Voor al diegenen die niet met de stormachtige ontwikkeling van de elektronica zijn op- of meegegroeid, laten we in dit artikel de laatste veertig jaar elektronicageschiedenis de revue passeren, doen uit de doeken hoe chips gefabriceerd worden, staan even stil bij de verschillende soorten chips en bekijken welke invloed deze mikro-elektronicakomponent op onze samenleving reeds gehad heeft en waarschijnlijk nog zal hebben.

Met de uitvinding van de transistor, zo'n veertig jaar geleden, brak het halfgeleidertijdperk aan; afmetingen werden geringer en mogelijkheden namen toe.

Verbeterde technieken maakten het mogelijk komplete schakelingen op een zeer kleine drager (chip) onder te brengen. Tegenwoordig kan zo'n geïntegreerde schakeling oftewel IC (= Integrated Circuit) honderden transistorfunkties bevatten.

Het kan nog kleiner: SMD's (Surface Mounted Devices — komponenten voor oppervlaktemontage) kunnen door het ontbreken van aansluitpennen of -draden sneller en goedkoper automatisch gemonteerd worden. Op de foto: een IC en een transistor in SMD-vorm.

Naarmate elektronicakomponenten steeds kleinere vormen zijn gaan aannemen, is de rol die zij in ieders leven spelen alsmaar groter geworden. Bewust of onbewust worden we dagelijks gekonfronteerd met hetgeen de steeds voortschrijdende technologische ontwikkeling op elektronicagebied heeft mogelijk gemaakt: radio, televisie, geluidsrecorder, videorecorder, rekenmachine, elektronisch polshorloge en homecomputer zijn slechts enkele, voor iedereen bekende voorbeelden van technische hoogstandjes die heden ten dage niet meer weg te denken vallen. Slechts weinigen realiseren zich wat er daadwerkelijk gebeurt wanneer zij aan de afstemknop van hun vertrouwde radio draaien, hun calculator de onmogelijke opgave verstrekken twee getallen op te tellen of hun onvermoeibare computer tot in de late uurtjes belasten met spelletjes. Naarmate een elektronisch apparaat gekompliceerder en bedieningsgemakkelijker is, zijn we minder geneigd ons te verdiepen in technische details; we beschouwen het elektronisch wonder als een black box en praten er over alsof het de gewoonste zaak van de wereld is. Voor het gebruik ervan is elementaire kennis niet noodzakelijk, maar wel een voorwaarde om niet tot dat gebruik beperkt te blijven. Zeker voor de elektronicaliefhebber is het toch interessant te weten wat er voor zorgt dat de black box haar funktie kan waarmaken. Met die kennis kijkt men anders tegen het technisch wonder aan en heeft men een beter inzicht in zijn mogelijkheden en onmogelijkheden. Een van de letterlijk meest aktieve elektronische komponenten in moderne apparatuur is de chip. Wat er allemaal aan de ontwikkeling van de chip is voorafgegaan en waartoe dat heeft geleid, proberen we hier op een eenvoudige wijze en zonder al te zeer in detail te treden uit de doeken te doen.

Zo'n 40 jaar geleden maakte de elektronica epoque. In 1947 vonden de heren Bardeen en Brattain de transistor uit; de basis voor de chip was gelegd. Vanaf die tijd werden elektronenbuizen meer en meer verdrongen door halfgeleiders. De elektronicus die anno 1986 enkel en alleen met buizen stoeit, zet zichzelf voor aap! masker fabrikage

o-H

Figuur 1. Eén van de standaard-methoden voor het fabriceren van chips, de fotolithografie, in tekening gebracht. Bij diverse produktiefasen is verwezen naar de foto's die dit artikel vergezellen. De hier voorgestelde methode maakt gebruik van meerdere maskers (fotografische negatieven), waarmee de verschillende behandelingen uitgevoerd kunnen worden die een siliciumplak (de drager van de te integreren schakeling) moet ondergaan. Door middel van die maskers is men in staat de vereiste strukturen (de N- en P-lagen waaruit halfgeleiders zijn o p g e b o u w d , verbindingen d.m.v. opgedampt metaal, en isolaties d.m.v. oxydatie) op diverse diepten in de siliciumplak aan te brengen.

reeds tijdens een onderzoek aan gedeformeerde titaniumbromide-kristallen supergeleiding bij kamertemperatuur waargenomen hebben. Om de huidige integratiegrenzen te kunnen verleggen, zoekt men ook in andere richtingen. Bepaalde ontwikkelingen wijzen er nu al op dat de huidige chip-techniek wel eens "snel" verouderd zou kunnen zijn. Dr. John Barker, werkzaam aan de universiteiten van Warwick (Engeland) en Stanford (Californië) heeft onderzoekingen verricht aan chips met komponenten die niet veel groter zijn dan moleculen. Deze chips vertonen een gedrag dat meer overeenkomt met biologische strukturen dan met elektronische schakelingen. Alhoewel deze ontwikkeling nog in een pril stadium verkeert, doet menig zichzelf respekterend fabrikant van mikro-elektronica verwoede pogingen om deze technologie tot volwassenheid te brengen. Verder gevorderd is het silicium-altematief gallium-arsenide. Dit basismateriaal voor chips begint al aardig uit de kinderschoenen te groeien. Ofschoon de integratiegraad nog niet met die van silicium kan konkurreren, geniet het halfgeleidermateriaal gallium-arsenide door zijn grensverleggende eigenschap sterk de aandacht; ultrasnelle schakelingen voor zeer hoge frekwenties (zo'n tien maal beter dan silicium-chips) zijn hiermee mogelijk.

Hoe worden chips gemaakt? Bij de produktie van chips wordt uitgegaan van een ronde plak monokristallijn silicium van enkele centimeters in doorsnee. Hierop kunnen vele identieke schakelingen worden

aangebracht. Door geringe hoeveelheden andersoortige atomen op bepaalde diepten in het silicium te brengen (doteren), verkrijgt men drie verschillende lagen halfgeleidermateriaal. (Uit deze drie lagen is ook de transistor opgebouwd.) Dit doteren gebeurt tegenwoordig meestal door de atomen in de vlakke plaat te schieten. Hierbij bepaalt de schietsnelheid de indringdiepte. Maskers zorgen er voor dat alleen de juiste plaatsen gedoteerd worden. Belangrijke hulpmiddelen bij de moderne produktiemethode van geïntegreerde schakelingen zijn de lithografie en de daaraan ontleende technieken. De term lithografie duidt in de ICtechnologie de verzameling van handelingen aan die nodig zijn om een patroon van kleine openingen te etsen in de op de siliciumplak aangebrachte lagen. De basisstappen zijn daarbij: belichten (tegenwoordig met nauwkeurige elektronenbundels i.p.v. licht) van een op de plak aangebrachte laklaag door een fotografisch negatief (masker), het ontwikkelen van de laklaag en daarna het wegetsen van de blootgestelde delen van de onderliggende laag. Via oxydatieprocessen kunnen op gewenste plaatsen isolaties aangebracht worden. Verbindingen komen tot stand door het opdampen van metaallagen. Deze bewerkingen kunnen meermaals herhaald worden, zodat het mogelijk is op verschillende diepten verbindingen en isolaties aan te brengen. Dit fabrikageproces maakt het mogelijk enorme hoeveelheden aan komponenten op de plak silicium aan te brengen. In figuur 1 is één van de standaard-fabrikagemethoden, het fotolithografisch principe, in tekening gebracht. Bij diverse produktiefasen is verwezen naar de foto's die dit artikel vergezellen. Bij het ontwerpen van de te integreren schakelingen is het gebruik van kondensatoren en vooral spoelen zoveel mogelijk Foto 6. Oe siliciumplakken dienen uiterst vlak te zijn. Hier worden de plakken in een polijstmachine gelegd. Door polijsten en leppen worden de zaagverstoringen verwijderd en verkrijgt men vlakke en overal even-dikke plakken.

Foto 5. Met een diamantzaag w o r d t de siliciumstaaf tot flinterdunne (ca. 0,5 mm) plakken gezaagd.

vermeden. Dergelijke passieve komponenten zijn niet eenvoudig te integreren, zeker niet wanneer het om grote waarden gaat. Kleine kapaciteiten in de orde van picofarads en weerstanden van enkele kilo-ohms, evenals dioden, vormen daarentegen geen probleem. Terwijl de schakelingen (chips) nog op de plak zitten, ondergaan zij een voorlopige test; de niet-funktionerende schakelingen worden gemerkt. De plak wordt hierna in individuele chips gebroken, ledere chip wordt van een behuizing voorzien. Het IC is nu klaar voor gebruik. Het ontwerpen van gekompliceerde IC's gebeurt tegenwoordig met behulp van de computer (CAD-systeem = Computer Aided Design). De betreffende computer beschikt over een (elektronische) bibliotheek die gegevens van diverse standaard-schakelingen bevat. De gegevens hebben niet alleen betrekking op de geometrie (layout) maar ook op elektrische eigenschappen van de standaard-schakelingen. Ondanks de hoge ontwerpkosten van IC's maken het relatief eenvoudige produktieproces en de massafabrikage toch een goedkoop produkt mogelijk. Vaak gaan de prijs van en de vraag naar een bepaald IC hand in hand; een toenemende vraag zal de prijs doen dalen, terwijl een lagere prijs nieuwe toepassingen mogelijk maakt. Een sprekend (zowel letterlijk als figuurlijk) voorbeeld hiervan is het (digitale) geheugen-IC. De prijs per geheugenplaats daalde in acht jaar tijd met meer dan een faktor tien en dat terwijl andere produkten alsmaar duurder werden. Het is nu al voordelig gebleken een "musicassette" in sommige gevallen te vervangen door een geheugen-IC waarin spraak of muziek in digitale vorm opgeslagen ligt (o.a. toegepast in sprekende schaakcomputers).

Soorten chips en hun toepassingen Chips worden zowel in de digitale als in de analoge techniek toegepast. De veelvuldig toegepaste operationele versterker (Engels: operational amplifier, afgekort opamp) is een toonbeeld van een analoog IC. Ook worden komplete gedeelten van audioversterkers op één chip gezet. Deze chips zijn in staat uitgangsvermogens van ruim 10 watt te leveren (vaak toegepast in autoradio's en in het geluidsgedeelte van televisietoestellen). De integratietechnieken zijn zelfs al zo ver gevorderd dat men er niet voor terugschrikt nogal kritische hoogfrekwentschakelingen (o.a. voor radio en televisie) op een chip te zetten. IC's die een schakel kunnen vormen tussen de analoge en digitale techniek zijn de zogenaamde analoog/digitaal- en digitaal/analoog-konverters. Niet alleen bieden zij de mogelijkheid om analoge meetwaarden als spanning, stroom, temperatuur, druk, lichtsterkte etc. digitaal te kunnen verwerken, maar ook zullen zij in de toekomst een steeds belangrijker wordende rol gaan spelen bij de digitale verwerking en opslag van audio- en video-signalen (audio Compact Disc, video VLP). Het aantal varianten van digitale IC's mag wel zeer uitgebreid genoemd worden. Het meest bekend zijn standaardIC's waarin logische poortschakelingen (inverters, AND, NAND, OR, NOR), binaire tellers, schuifregisters e.d. zijn ondergebracht. Deze digitale bouwstenen kunnen, eventueel aangevuld met andere komponenten, tot ingewikkelde en uitgebreide logische schakelingen gekombineerd worden. Ook bestaan er digitale IC's die zonder of met slechts enkele

Foto 7. De siliciumplak w o r d t in een oven geoxydeerd. De hierdoor aan de buitenkant gevormde laag siliciumoxyde beschermt de plak en maakt het mogelijk, via het aanbrengen van een fotogevoelige lak, belichten (met gebruik van maskers), o n t w i k k e l e n en etsen, de plak plaatselijk weer bloot te leggen. In de blootgelegde siliciumbodems kunnen dan andersoortige atomen worden aangebracht (= doteren), waardoor P- en N lagen verkregen worden (lagen waaruit ook dioden en transistors zijn opgebouwd). Foto 8. Doteren (het inbrengen van vreemde atomen) gebeurt tegenwoordig meestal door atomen (of eigenlijk de ionen ervan) in de siliciumplak te " s c h i e t e n " (= ionen-implantatie). De maskers zorgen er voor dat de juiste plaatsen getroffen w o r d e n . De schietsnelheid bepaalt de indringdiepte, waardoor men verschillend gedoteerde lagen boven elkaar kan aanbrengen.

externe komponenten een specifieke funktie in een gedefinieerd apparaat kunnen vervullen. Voorbeelden van toepassingen zijn digitale voltmeters, frekwentiemeters, funktiegeneratoren, zakrekenmachientjes en digitale horloges. Een zeer belangrijke groep vormen de digitale geheugen-IC's (RAM, ROM, PROM, EPROM), die het mogelijk maken informatie voor korte of lange tijd (zelfs permanent) op te slaan.

De microprocessor Hèt voorbeeld van de integratiemogelijkheden op digitaal gebied is wel de in 1969 algemeen bekend geworden microprocessor. De microprocessor is een IC dat misschien wel onevenredig veel aandacht heeft gekregen. Toen de invloed van de micro-elektronica (chips) op de samenleving steeds duidelijkere vormen begon aan te nemen en dan ook steeds meer het onderwerp van diskussies vormde, werden benamingen als computer, microcomputer, microprocessor, chip en IC te pas en te onpas gebezigd. Microprocessors werden vaak betiteld als oppermachtige computers in miniformaat; chips werden vergeleken met hun toepassingsmogelijkheden. De microprocessor is echter een standaard-IC en kan dan ook voor talloze funkties (procesbesturing, rekenfunkties) gebruikt worden, zij het op basis van verschillende programma's (software) die ingebracht kunnen worden in al dan niet afzonderlijke elektronische geheugens. Kenmerkend voor de microprocessor is het stap voor stap verrichten van vele logi-

Foto 9. Nadat de siliciumplaat alle bewerkingsfasen doorstaan heeft, wordt deze ingezaagd en tot chips gebroken. Oe tijdens de test defekt gebleken en gemerkte chips worden verwijderd. Foto 10. Chips zijn flinterdunne plakjes silicium, waarop een geïntegreerde schakeling is aangebracht. In tegenstelling tot de knisperende aardappelschijfjes zijn de elektronica chips zeer klein. In deze kontaktlens met een diameter van 9 mm liggen een tiental chips.

sche funkties. Dit in tegenstelling tot de voorheen besproken digitale IC's. Misschien wel de bekendste van de vele toepassingsmogelijkheden, is die waarbij de microprocessor het besturings- en rekenbrein van een computer vormt. Een op een microprocessor gebaseerde computer wordt microcomputer genoemd. De toevoeging "micro" moet alleen in relatie gezien worden met de afmetingen van een dergelijk systeem en zeker niet met de mogelijkheden die het biedt. In 1981 gelukte het de firma Hewlett Packard (USA) een microprocessor-chip te vervaardigen met een oppervlakte van 40 mm 2 waarop maar liefst 450.000 transistorfunkties ondergebracht zijn. De kapaciteit van een op deze chip gebaseerde microcomputer mag vergeleken worden met die van een grote computer. Door de geringe afmetingen kan een microprocessorsysteem ook voor een gedefinieerde toepassing ontworpen worden. Voorbeelden zijn procesregelaars, schaak-computers, elektronische spelletjes, vertaal-computers, etc. De "intelligentie" van een microprocessorsysteem wordt zeker niet alleen bepaald door de microprocessor zelf, maar in grote mate door het ingegeven programma (software). Hoe ingenieuzer deze programma's door de softwareontwerper opgesteld zijn, hoe efficiënter de geheugenkapaciteit en de mogelijkheden van het microprocessorsysteem benut worden. Is het systeem voor een bepaald doel gedacht (bijvoorbeeld een schaakcomputer), dan wordt het programma in een permanent geheugen opgeslagen, zodat het programma niet verloren kan gaan. Voor een tijdelijke opslag van programma's en informatie (data) zijn uitwisbare geheugens ontworpen.

De invloed van de chip op onze samenleving Of de micro-elektronica een overwegend negatieve invloed op onze samenleving heeft, is een vraag die al vele diskussies ontketend heeft. Het doen van voorspellingen over langere termijnen is zeker wanneer het een komplexe samenhang als onze samenleving betreft een moeilijke, zo niet onmogelijke zaak. Betrouwbare uitkomsten mogen dan ook niet verwacht worden. Toch proberen overheden en maatschappelijke instanties zich voortijdig een beeld te vormen over de invloed van de chip op onze ekonomische en sociaal-culturele aktiviteiten om zonodig de ontwikkelingen verantwoord te kunnen beïnvloeden. Onze samenleving is nogal gevoelig voor snelle veranderingen, deels omdat de samenleving bepaald wordt door vele faktoren die in onderling verband staan, deels doordat de mens zelf een te snelle verandering niet gemakkelijk aksepteert. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de snelle ontwikkeling van de micro-elektronica, vooral in een tijd als deze met een grote werkloosheid, door velen niet graag gezien wordt. Nu reeds is een duidelijke verschuiving van arbeidsplaatsen gebleken. De zetters van " r u w e " krantenteksten zijn al vervangen door elektronische zetapparatuur (ook aan dit artikel is geen typemachine te pas gekomen), de arbeider aan de lopende band wordt voor altijd afgelost door elektronisch gestuurde robots; kortom daar waar het technisch mogelijk en ekonomisch aantrekkelijk geworden is, wordt door middel

Foto 11. De kleine plaatjes rechtsboven zijn chips. Ze worden op het frame daaronder bevestigd. Nadat de omhulling is aangebracht, zijn de IC's (de "integrated circuits") klaar: kleine black boxjes met aansluitpennen, die zorgen voor de nodige aktiviteit in elektronische apparaten. Foto 12. Tegenwoordig gaan fabrikanten er meer en meer toe over om de aansluitpennen van IC's te vervangen door kontaktvlakjes, waardoor de behuizing nog veel kleiner uitgevoerd kan w o r d e n . Niet alleen worden IC's zo uitgevoerd, maar ook dioden, transistors, weerstanden en kondensatoren. Men spreekt dan van komponenten voor oppervlaktemontage, in goed Nederlands: Surface Mounted Devices (SMD's). Op de foto ter vergelijking de veel gebruikte kleinsignaaltransistor BC 547 en een vergelijkbare SMDuitvoering.

van elektronica geautomatiseerd. Het op grote schaal toepassen van micro-elektronica levert ook nieuwe arbeidsplaatsen op, die echter niet een-twee-drie door de vrijkomende werknemers ingenomen kunnen worden. Naarmate er meer geautomatiseerd wordt, zal een grotere vraag naar geschoolde arbeidskrachten ontstaan. Een ontwikkeling die overigens al jaren waarneembaar is. Om een evenwichtigere ontwikkeling van vraag naar en aanbod van arbeidsplaatsen te bereiken, zal het onderwijssysteem aangepast moeten worden. Het zal in de toekomst niet meer mogelijk zijn iemand een opleiding te geven waarop hij tot aan zijn pensioen kan steunen. Her- en bijscholingskursussen zullen steeds vaker nodig blijken te zijn. Ook in niet-technische opleidingen zal men aandacht moeten schenken aan technische zaken. De verschillen van mening over de gevolgen van de chip lopen sterk uiteen zodra het gaat over kwantitatieve veranderingen in de vraag naar arbeid. Sommigen beweren dat de introduktie van de micro-elektronica zal leiden tot een grote ekonomische expansie, terwijl anderen grote werkloosheidscijfers voorspellen. Over de samenhang tussen technologische ontwikkelingen en sociaal-culturele veranderingen bestaat nog weinig kennis. Drs. Huppes van de vakgroep Sociologische Ekonomie van de Rijksuniversiteit Groningen heeft in opdracht van het Ministerie van Sociale Zaken onderzoek gedaan naar sociaal-culturele gevolgen van de micro-elektronica. Snelle kwalitatieve veranderingen in werkomstandigheden zullen dikwijls negatief ervaren worden omdat men te kampen krijgt met aanpassingsproblemen. Als daarmee bij de voorbereiding niet genoeg rekening gehouden wordt, zal volgens drs. Huppes de invoering van micro-

elektronica het ziekteverzuim en het aantal arbeidsongeschikten doen toenemen. Om de problemen die door de chip-innovatie ontstaan het hoofd te kunnen bieden, heeft de Adviesgroep Microelektronica (meestal aangeduid als de Commissie-Rathenau) in november '79 de Minister voor Wetenschapsbeleid een rapport aangeboden over een onderzoek naar de maatschappelijke gevolgen van de micro-elektronica. De regering werd o.a. geadviseerd om op korte termijn het initiatief te nemen tot de oprichting van één landelijk centrum voor microelektronica, met als hoofdtaak de dienstverlening aan kleine en middelgrote bedrijven, aangezien het voor deze bedrijven een moeilijke opgave is de snelle ontwikkelingen op microelektronisch gebied te volgen en er nuttig gebruik van te maken. Dit advies heeft weerklank gevonden bij de regering, zij het in een ietwat gewijzigde vorm: in 1981 werd gestart met de opzet van een drietal van dergelijke centra in Eindhoven, Delft en Twenthe. Degenen die denken dat de elektronicatechnologie haar hoogtepunt nu wel zo'n beetje bereikt zal hebben, moeten we teleurstellen of kunnen we geruststellen. Er zijn tendensen die er op wijzen dat we een computermaatschappij tegemoet gaan; alles wordt bestuurd, gekontroleerd, uitgevoerd, berekend, gesimuleerd, en vult u maar aan, met computers. Zelfs de meest analoge zaken als video en audio worden nu al gedigitaliseerd en door middel van microprocessorsystemen verwerkt. Digitale data- en signaaloverdracht over telefoonlijnen is al een feit. Ook betalen met een "elektronisch" bank- of giropasje kan al: elektronica is geld, en straks wordt geld elektronica! Het geldverkeer speelt zich dan in digitale vorm af. Da's makkelijk en veilig, niet alleen voor u, maar

ook voor kontrolerende instanties (Big Brother is watching youl). Met elektronica is veel mogelijk, elektronica heeft al veel mogelijk gemaakt, en mogelijk zal in de toekomst het onmogelijke mogelijk gemaakt worden; die toekomst tart menig voorstellingsvermogen! Of al het mogelijke ook een feit wordt, ligt niet aan de elektronica, maar aan ons. Dat is een geluk, maar een gevaar bovendien

Literatuur: — "Johnson-computer; klein, koel en snel", Elektuur dec. '80 (uitg. Elektuur B.V.) — "Supergeleiding bij kamertemperatuur", Elektuur apr. '81 (Uitg. Elektuur B.V.) — "Maatschappelijke gevolgen van de micro-elektronica", rapport adviesgroep Rathenau, Staatsuitgeverij, ISBN 90.12.02.85.74

Foto 14. Al geen toekomst meer: zelfs geld neemt elektronische vormen aan. Betalen aan de kassa kan met een van een magnetische kode voorzien bank- of giropasje. Bij voldoende saldo op uw rekening wordt de financiële transaktie uitgevoerd. Een veilig gevoel?

Foto 13. Anders dan deze foto doet vermoeden, staat de tijd niet stil. De mikro-elektronica heeft zich razendsnel ontwikkeld tot hetgeen ze nu is. Het digitale polshorloge is wel één van de bekendste voorbeelden van mogelijkheden die de chip geboden heeft.

Met dank aan het Philips Persburo voor het beschikbaar gestelde illustratiemateriaal (figuur 1, foto's 1 t/m 11, foto's 13 en 14).

worden met R aangegeven, Door middel van gekleurde ringen is de waarde erop gedrukt. De kleurkode is als volgt:

\

Ie' cijfer

zwart

v

Bi

\ nullen

1

rood

2

oranje

3

2e2 cijfer .1

geel

4

4

0000

groen

s

5

00000

1

0

±1%

00

±2%

00(1

blauw

6

6

000000

violet

7

7

grijs

8

8

-

9

9

-

-

zilver zonder

tolerantie in%

-

bruin

wit

i i

0

goud

Bij grote of kleine weerstanden en kondensatoren wordt de waarde verkort weergegeven met behulp van één van de volgende voorvoegsels: « * = k = M s G *

p n

l_fl m tl LU kleur

Meetwaarden

Hoeveel o h m en hoeveel farad?

Weerstanden

xO,]

±0.5%

±5%

X0.0I

± 10%

-

* 20%

Voorbeelden: bruin-rood-bruin-zilver: 120 Q 10% geel-violet-oranje-zilver: 47.000 Q - 47 k f l 10% (in Elexschema's: 47 k) bruin-groen-groen-goud: 1.500.000 Q = 1,5 MQ 5% (in Elex-schema's: 1M5) In Elex-schakelingen worden uitsluitend weerstanden gebruikt uit de zogeheten E12-reeks met een tolerantie van 10% (of 5 % ) . Tenzij anders aangegeven worden 'A-wattweerstanden gebruikt. Ze kosten ongeveer een dubbeltje.

(pico) (nanol (micro) (milli) (kilo) (Mega) (Giga)

m = = m = »

10-12 10"9 10-6 10-3 103 106 109

« = = = »

een miljoenste van een miljoenste een miljardste een miljoenste een duizendste duizend miljoen miljard

Het voorvoegsel vervangt in Elex niet alleen een aantal nullen vóór of achter de komma, maar ook de komma zélf: op de plaats van de komma komt het voorvoegsel te staan. Een paar voorbeelden: 3k9 - 3,9 kK - 3900 Q 4 M 7 = 4,7^F = 0.000 0047 F

S o m s zijn in het schema of in de tekst meetwaarden aangegeven. Die meetwaarden dient men als richtwaarden op te vatten: de feitelijk gemeten spanningen en stromen m o g e n maximaal 10% van de richtwaarden afwijken. De metingen zijn verricht met een veel voorkomend type universeelmeter met een inwendige weerstand van 20 k£3/V.

Diverse t e k e n s y m b o l e n

0

ingang uitgang massa

Wh

Kondensatoren

chassis aan nul

zijn kleine ladingreservoirs. Ze worden met C aangeduid. Aangezien ze wel wisselspanning maar geen gelijkspanning doorlaten, worden ze daarnaast ook gebruikt voor het transporteren van wisselspanning. De hoeveelheid lading die ze kunnen bevatten, oftewel de kapaciteit, wordt in farad (F) gemeten, De waarden van gewone kondensatoren (keramische en folie-kondensatoren) liggen tussen 1 pF en 1 uF, dus tussen

'rrmööSSööööö

F en

Fl

foooTooö '

lichtnet aarde draad (geleider) verbindingen

De w a a r d e is

op de kondensator vaak in de Elex-schrijfwijze aangegeven. Voorbeelden: 1n5 = 1,5 nF; M 03 = 0,03uF - 30 nF; 100 p (of n100 of nl) = 100 pF. De werkspanning van gewone kondensatoren moet minstens 2 0 % hoger zijn dan de voedingsspanning van de schakeling. De prijs is afhankelijk van de kapaciteit en van het materiaal waaruit de kondensator is o p g e b o u w d ; f 0,40 t o t f 1,50.

kruising zonder verbinding

afgeschermde kabel

schakelaar (open)

d r u k k n o p (open) aansluiting (vast) aansluiting (losneembaar) meetpunt

Elektrolytische kondensatoren

Potentiometers oftewel potmeters worden met P aangegeven. Het zijn speciale weerstanden met een verstelbaar sleepkontakt. Met dat sleepkontakt wordt een deel van de spanning die over de hele potmeter-weerstand staat, afgetakt. M e t een schroevedraaier instelbare, zogenaamde instelpots, kosten ongeveer twee kwartjes; echte potmeters (met een as) zijn te koop vanaf ongeveer f 1,50.

~llr

| f-N r v J

{eiko's) hebben een heel hoge kapaciteit (ruwweg tussen 1/iF en 10-OÖOuF). Ze zijn echter wel gepolariseerd d.w.z. ze hebben een plus- en een min-aansluiting, die niet'verwisseld mogen worden. Bij tantaal-elko's (een heel klein type elko) is de plus altijd de langste van de twee aansluitdraden. De werkspanning van elektrolytische kondensatoren (eiko's) is in het schema en in de onderdelenlijst opgegeven. De prijs van eiko's hangt samen met de waarde en de spanning. Eentje van 10^F/35 V kost zo rond f 0,40.

gelijkspanningsbron (batterij, akku) lichtgevoelige weerstand

temperatuurgevoelige weerstand

koptelefoon

luidspreker

spoel

Variabele kondensatoren

spoel met kern

Evenals bij weerstanden bestaan ook bij kondensatoren speciale instelbare uitvoeringen. Met een schroevedraaier instelbare " t r i m m e r s " kosten ca. f !,—•; variabele kondensatoren met een as zijn te koop vanaf ongeveer f 2,50.

transformator

—r~7>— potentiometer (potmeter)

'#

relais (kontakt in ruststand)

draaispoelinstrument

gloeilamp

neonlampje

variabele kondensator

stereopotmeter

-E3-

zekering

>F

Dioden

aangeduid met D, zijn de eenvoudigste halfgeleiders en kunnen het beste worden vergeleken met elektronische éénrichtings-wegen of fietsventielen. Ze geleiden de stroom slechts in één richting. Draai je ze o m , dan sperren ze, In doorlaatrichting valt er over de aansluitingen van een silïciumdiode een spanning van ca. 0,6 V (drempelspanning). De aansluitingen heten kathode (streepje in symbool) en anode. De kathode is meestal op het huisje van de diode aangegeven door middel van een gekleurde ring, een punt of een inkeping. Zijn de aansluitingen onbekend, dan kan de diode m.b.v. een lampje en een batterij worden getest. Het lampje brandt alleen als de diode is aangesloten in de getekende richting.

Transistors

Geïntegreerde schakelingen

zijn net als dioden en LED's halfgeleiders. Ze hebben drie aansluitingen: basis, emitter en koliektor. Er zijn NPN- en PNP-transistors. Bij NPN-transistors ligt de emitter altijd aan een negatievere spanning dan de koliektor, bij PNPtypen is dat precies andersom.

meestal afgekort tot " I C ' s " , bestaan tegenwoordig in zoveel varianten, dat er nauwelijks iets in het algemeen over te zeggen valt. De meeste IC's zijn ondergebracht in een DIL-behuizing (dual-in-line): de bekende zwarte " k e vertjes" met twee rijen pootjes. Vaak staan die pootjes trouwens Iets te ver uit elkaar en moeten ze (voorzichtig!) wat worden bijgebogen, wil het IC in het voetje passen. O m vergissingen te voorkomen is pen 1 op het IC altijd gemerkt met een punt of een inkeping o.i.d.

\~)\

lampje

«mittar

NPN-transistor

£-©-0—

Een kleine stroom die van basis naar emitter loopt, veroorzaakt een (veel) grotere stroom tussen koliektor en emitter. Daarom zeggen w e dat de transistor de basisstroom " v e r s t e r k t " (stroomversterking). Transistors zijn vandaag de dag de belangrijkste basiselementen in ve rste rkersc ha kei i nge n.

T^ De belangrijkste technische gegevens van een diode zijn de sperspanning en de maximale stroom in doorlaatrichting. In Elex worden hoofdzakelijk twee typen gebruikt: 1N4148 (sperspanning 75 V, doorlaatstroom 75 m A ) , prijs ca. f 0,15. 1N4001 (sperspanning 50 V, doorlaatstroom 1 A ) , prijs ca. f 0,25.

muifw»*~'
PN P-transistor

-e * - •*> **••*««»

Zenerdiode is een diode die in sperrichtïng boven een bepaalde spanning (de zenerspanning) niet meer spert. Deze diode slaat dus door zonder daarbij defekt te raken. De spanning die over de diode staat, blijft vrij konstant. Ze zijn verkrijgbaar voor verschillende spanningen (en vermogens}. Prijs: vanaf / 0,25.

LED's (light emitting diodes) zijn in een doorzichtige behuizing ondergebrachte dioden, die oplichten als er stroom door loopt. De spanning over deze dioden bedraagt geen 0,6 V, maar ligt afhankelijk van het type tussen 1,6 V en 2,4 V. De benodigde stroom bedraagt 15 a 25 m A . De kat h o d e (streepje in symbool) herkent men aan het korte pootje. De goedkoopste LED's kosten zo ongeveer een kwartje.

•

Indien een voorgeschreven t y p e halfgeleider niet voorhanden is kan heel vaak gebruik worden gemaakt van een gelijkwaardig (ekwivalent) type. Geïntegreerde schakelingen (IC's) zijn vaak door verschillende fabrikanten van een in details afwijkend type-nummer voorzien. In schema's en onderdelenlijsten wordt uitsluitend het gemeenschappelijke hoofdgedeelte van het type-nummer weergegeven. Een voorbeeld. De operationele versterker, type 741, komt in de volgende " g e d a a n t e n " voor: pA 741, L M 741, MC 741, RM 741, SN 72741, enzovoorts. Elexomschrijving; 741. Het verdient aanbeveling o m IC's in IC-voeten te plaatsen (ze kunnen dan, indien nodig, makkelijk vervangen worden).

Symbolen In onze schakelingen worden de typen BC 547 (NPN) en BC 557 (PNP) het vaakst gebruikt. Deze twee hebben dezelfde aansluitingen. In de'meeste schakelingen kan men in plaats van de SC 547 en BC 557 ook andere typen gebruiken met ongeveer dezelfde eigenschappen: N P N : BC 548, BC 549, BC 107 (108, 109), BC 237 (238, 239) PNP: BC 558, BC 559, BC 177 (178, 1791, BC 251 (252, 253). De prijs van al deze typen ligt rond f 0,40.

In sommige gevallen, met name bij logische p o o r t e n , wijken de gebruikte schema-symbolen af van officiële tekenafspraken ( D I N , NEN). De schema's worden namelijk in vete landen gepubliceerd. Logische poorten zijn op z'n Amerikaans getekend. In de poorten zijn de volgens NEN en DIN gebruikelijke tekens " & " , " J p l " " 1 " of " = 1 " genoteerd. Daardoor blijven de tekeningen internationaal bruikbaar èn blijft de aansluiting op de in het elektronicaonderwijs toegepaste officiële tekenmethoden gehandhaafd.

Speciale transistoren zijn bijvoorbeeld de fototransitor en de FET. De fototransistor kan opgevat worden als een fotodiode met versterker. De FET is een transistor die met een spanning (dus geen stroom) in geleiding gebracht kan worden. Zo als er bij een transistor NPN- en PNP-typen zijn, zo kennen we bij FET's N- en P-kanaal-typen.

operationele versterker (opamp)

—| l ^ O —

•0 O

f-otodiode

I

fototransistor (NPN) met en zonder basisaansluiting

= <±

)

a

inverter

1

A N D - p o o r t (EN-poort)

I

p—

I

ff

4+

èf

is eigenlijk een omgekeerde LED; in plaats van licht te geven ontvangt deze diode licht en levert een lichtafhankelijke stroom. Prijs: vanaf ca. f 2,50.

^

N-kanaal J-FET

1

&

J o - N A N D - p o o r t (NEN-poort) I

| o ~

P-kanaal J-FET 1 >i ^ —

OR-poort (OF-poort)

I

1—

Andere aktieve komponenten

Kapaciteitsdiode

^K^

is een diode die, in sperrichting aangesloten, zich als een kondensator gedraagt. De kapaciteit van de kondensator is afhankelijk van de spanning over de diode: een spanningsafhankelijke kondensator dus. Prijs: vanaf ca. f 1, — .

zijn o.a. de thyristor, de diac en de triac. De thyn'stor is een diode die met een stuurstroom (gate-stroom) in geleiding gebracht kan w o r d e n . De triac werkt als een thyristor, maar dan voor wisselstroom. De diac spert in beide richtingen maar komt boven een bepaalde spanning volledig in geleiding.

J ^i^o-NOR-Poort (N0F-poorti|

| | „ / N - E X O R - p o o r t (EX-OF-poort)

I

— ' l>—

=

w ~~W7?V>_ —Ti thyristor

^S

EXNOR poort (EX-N OF-poort)

~1

=1

l _ Y

sleutelfluiter Als gevolg van de alsmaar stijgende kriminaliteit wordt de moderne mens steeds meer afhankelijk van zijn sleutelbos. Voor- en achterdeuren, kelders, schuurtjes, tuinhekjes, brievenbussen, auto's, brommers en fietsen, alles moet op slot. En al die sleutels schijnen een eigen leven te leiden: ze liggen nooit waar je dacht dat je ze had neergelegd. Gerekend over een heel mensenleven is de gemiddelde Nederlander enkele honderden uren bezig met het zoeken naar sleutels. Die tijd zou heel wat konstruktiever gebruikt kunnen worden. Bovendien brengen de bij het paniekerige zoeken optredende stress-

verschijnselen ernstige schade toe aan de volksgezondheid. Hoog tijd dus dat er iets aan gedaan wordt. Dat het probleem nijpend is, wordt ook al aangetoond door het feit dat anderen, onafhankelijk van Elex, op hetzelfde idee kwamen: het ontwerpen van een schakeling, die gewoon aan de sleutelbos wordt gehangen. Onder het motto "Laat eens iets van je horen" reageert die schakeling met een pieptoon op een fluitje van de eigenaar. Het behoeft geen betoog, dat dit het zoeken ten zeerste vergemakkelijkt. Of de in de handel aangeboden sleutelfluiters net zo werken als onze schakeling, weten we niet. Wat we wel

met zekerheid kunnen zeggen is dat onze fluiter genoegen neemt met een spanning van 3,6 volt, een stroomverbruik heeft van slechts 0,8 mA en relatief ongevoelig is voor storing. Het bereik van de schakeling hangt uiteraard af van het fluitvolume van de zoeker, maar bedraagt minstens enkele meters. Bij het ontwerpen van een dergelijke schakeling zijn er twee punten, waaraan bijzonder veel aandacht moet worden besteed: een gering stroomverbruik en zo klein mogelijke afmetingen. Om met het eerste te beginnen: de schakeling moet konstant in bedrijf zijn, anders is het middel erger

dan de kwaal. Voor de opamp hebben we daarom een zelden toegepast type gebruikt van Intersil, dat goed werkt vanaf een spanning van twee volt en daarbij onwaarschijnlijk weinig stroom verbruikt. De levensduur van de batterij wordt niet alleen bepaald door het opgenomen vermogen, maar ook door de aard van de batterij zelf. Daarom hebben we gekozen voor een "back-up"-akku, die in de komputertechniek wordt gebruikt voor het bewaren van de geheugeninhoud van statische RAMs. Die dingen zijn oplaadbaar en klein. Een ander alternatief is een halve alkali-mangaanpowerpack; daarover hebt u

1b

1a .4V

ï

-©

a

A alles kunnen lezen in de tip op bladzijde 37 van het augustusnummer van Elex. Eveneens vanwege de ruimtebesparing hebben we niet de gebruikelijke TOKO piëzozoemer gebruikt, maar een kleiner exemplaar met ingebouwde oscillator, dat gewoon met gelijkstroom kan worden gevoed. Principieel als we zijn hebben we voor deze schakeling een ontwerp gemaakt op een Elex-print, zodat ook weinig ervaren elektronicahobbyïsten geen problemen zullen hebben met de montage. Helaas is het zo dat zelfs een kleine Elex-print een nogal uit zijn krachten gegroeide sleutelhanger zal opleveren. Daarom hebben we het in ons laboratorium eens anders geprobeerd. Met een stuk gaatjesprint, een hoop denkwerk en veel gepriegel slaagden we erin, de afmetingen tot minder dan de helft terug te bren-

gen (zie foto). Een leuke uitdaging voor onze meer ervaren lezers.

De schakeling Wie zich wel eens heeft beziggehouden met de opamp-versterkertechniek zal onmiddellijk zien dat de eerste opamp in IC1 werkt als een niet-inverterende versterker met een hoogohmige ingang, net als bijvoorbeeld de gitaar-voorversterker van Elex. De van de mikrofoon afkomstige signalen worden ongeveer 220 maal versterkt: A = (R5 + R4)/R4 In A2 wordt het signaal dan nogmaals versterkt. C3 snijdt storende gelijkspanningen naar de ingang van A2 de pas af. D1 en D2 vormen een gelijkrichter met spanningsverdubbeling:

iedere signaalwinst is tenslotte meegenomen. De door een fluittoon aldus veroorzaakte gelijkspanning wordt door C5 afgevlakt. Tijdens het fluiten stijgt de spanning over deze kondensator langzaam, totdat de 0,6-volt-drempel van de basis-emitterovergang van T2 overschreden wordt. Op dat moment gaat T2 geleiden en "triggert" de uit N1 en N2 bestaande monoflop, die ervoor zorgt dat de schakeling gedurende een bepaalde tijd een pieptoon produceert. Zo wordt de sleutelzoekende in de gelegenheid gesteld de richting te bepalen waaruit het geluid komt. Het tempo, waarin de spanning over C5 stijgt wordt bepaald door de waarde van de integratieweerstand R9 + P1. Met P1 kan dus de gevoeligheid van de schakeling worden ingesteld. Als de loper van PI onderaan

Figuur 1. Dank zij de dubbele opamp 7622 is het mogelijk, de schakeling zonder noemenswaardig stroomverbruik konstant paraat te houden. Dit IC is speciaal ontworpen voor extreem lage voedingsspanningen. Ook het stroomverbruik is geringer dan dat van de meer gangbare opamps. IC1 zorgt voor het versterken van het door de mikrofoon opgevangen fluitsignaal: IC2 geeft met behulp van de zoemer antwoord. Figuur 2. Het gebruik van de standaardprint levert een nogal groot uitgevallen sleutelhanger op. De foto bij dit artikel laat zien, dat het ook kleiner kan. Met een stuk gaatjesprint, een goede soldeerbout en veel geduld moet het lukken.

1

r^rnrr

Onderdelenlijst R1,R10,R11,R13 = 10 kQ R2,R3,R7 = 1 MQ R4 = 1 kQ R5.R9 = 220 kQ R6 = 4,7 kQ R8.R12 = 100 kQ P1 = 500 k, instelpot C1.C4 = 100 nF C3 = 1 nF C2.C5 = 4,7 M F/10 V C6 = 15 nF/10 V T 1 . . . T 3 = BC547B D1.D2 = 1N4148 IC1 = 7622 (Intersil)

IC2 = 4093 Diversen: 1 elektretmikrofoon Bz = gelijkspanningszoemer (5 volt) 1 back-up Ni-Cd-akku 3,6 V/ 160 mAh (zie tekst) 1 kleine Elex-print Geschatte bouwkosten zonder batterij en behuizing: ca. f 3b,—

Iedereen die ooit te maken heeft gehad met tochtende ramen of deuren, zal in de winkel bij de afdeling "tochtstrippen" wel eens de bekende zelfklevende gummi-tochtband hebben zien liggen. Deze is meestal hol van binnen, opdat de spleten en kieren afdoende worden afgedicht. Naast het voorkomen van koude voeten kan deze tochtband ook voor andere doeleinden gebruikt worden. Een lezer kwam op het idee zijn inbouwkastjes van onderen te beplakken met enkele strookjes van deze tape om te voorkomen dat de schakeling van de werktafel afglijdt. Met een beetje goede wil valt de tochtband

zelfs zodanig aan te brengen dat een aaneensluitende ring ontstaat. Op een glad oppervlak zorgt dit voor een soort "zuignap-effekt". Afvalstukjes hoeven trouwens niet weggegooid te worden. In kleine stukjes gesneden kan de holle tape uitstekend dienst doen als kabelhouder/geleider. Je moet er maar op komen!

staat (P1 = 0 Q) is een kort durende geluidsimpuls al voldoende om de schakeling te aktiveren. De schakeling piept dan veel vaker dan nodig is, wat ten koste gaat van de levensduur van de batterij. NAND-poort N3 dient als buffer-inverter tussen de monoflop en de basis van T3. T1 zorgt ervoor, dat C5 tijdens het piepen wordt overbrugd. Daarmee wordt voorkomen dat de schakeling gaat "rondzingen" doordat C5 opnieuw wordt opgeladen door het lawaai, dat de zoemer produceert. Na een korte tijd, die wordt bepaald door de waarde van R12, klapt de monoflop weer om en legt de zoemer het zwijgen op. Elektret-mikrofoonelementen zijn er met twee of met drie aansluitingen; van beide versies is het aansluitschema in figuur 1 gegeven. Tenslotte nog een gebruiksadvies: om ongewenst triggeren van de schakeling te voorkomen, kunt u het best

een rustig plekje in huis opzoeken en daar voortaan uw sleutelbos met pieper neerleggen. Dat maakt ook het zoeken nog een stuk gemakkelijker.

A

Verbrandingsmotoren hebben als sterk punt dat ze in verhouding tot hun gewicht en bouwgrootte een enorm vermogen af kunnen geven. Vandaar dat ze zo buitengewoon geschikt zijn als krachtbron in vervoersmiddelen. Omdat de motor altijd met het voertuig meereist, moet hij niet te groot of te zwaar zijn. Ook in de modelbouw zijn de grootte en het gewicht van de krachtbron natuurlijk van enorm belang. Het type motor dat men hier meestal aantreft, is de gloeiplugmotor; een motor met een cilinderinhoud van zo'n één tot tien cc. De prestaties van deze vuistgrote stukjes motortechniek zijn fenomenaal, een vermogen van 1 a 2 pk is geen uitzondering. Bekijk je het vermogen per cilinderinhoud dan zou de motor van een 2CV 100 pk brute kracht eruit moeten gooien om te kunnen kon kurreren met een kwa cilinderinhoud 100 x zo kleine 1 pk-gloeiplugmotor. Voorwaarde voor het ter beschikking krijgen van dat vermogen is wel dat de motor gestart moet worden. En startproblemen kent een gloeiplugmotor maar al te vaak.

Het p r o b l e e m . . . . . . kent iedereen die wel eens met gloeiplugmotoren gewerkt heeft. Indien goed afgesteld en voorzien van net de juiste hoeveelheid startbrandstof hoort hij na eenmalig zwengelen aan te slaan. Helaas loopt het niet altijd zo vlot. Vaak weigert de motor halsstarrig dienst en behalve vermoeiend kan dat ook heel vervelend zijn. Je zal maar net midden in een race zitten. De zwakke schakel in de ketting is meestal de gloeiplug. Op de tekening zie je hem boven in de cilinderkop geschroefd, aangegeven met een A. De brandstof komt via karburateur, holle krukas en spoelpoort in de cilinderwand in de verbrandings-

Figuur 1. Het hart van een gloeiplugmotor bestaat in wezen uit de gloeiplug (A), de verbrandingsruimte (B) en de zuiger (Cl.

gloeiplug-gloeier ruimte B. Dan gaat de zuiger (C) omhoog waardoor het brandstofmengsel samengeperst wordt. De hete draad van de gloeiplug moet nu het zaakje tot ontbranding brengen. Om een motor te starten, wordt de gloeiplug aangesloten op een batterij of akku om hem op temperatuur te brengen. Loopt de motor eenmaal, dan is de temperatuur in de verbrandingskamer hoog genoeg om het proces op gang te houden. Zo hóórt het dus te lopen, maar vaak koelt de koude vluchtige brandstof de gloeidraad zo sterk af dat ontsteking helemaal niet plaatsvindt.

De oplossing We moeten ervoor zorgen

dat de gloeidraad op een konstante temperatuur blijft gloeien, onafhankelijk van invloeden van buitenaf. Daarvoor moet de gloeistroom geregeld worden afhankelijk van de temperatuur van de gloeidraad. De werking van de schakeling kan verduidelijkt worden aan de hand van het blokschema in figuur 2. De rechthoekgenerator A levert een blokvormige spanning die in blok B in een zogenaamde driehoekspanning wordt omgezet. In blok C wordt de driehoekspanning vergeleken met een gelijkspanning die een maat is voor de temperatuur van de gloeiplug. Blok D is de startakku met een stuurtransistor waarmee een regelbare stroom door de gloeiplug

gestuurd kan worden. In blok E wordt de temperatuur van de gloeiplug omgezet in een gelijkspanning. Het resultaat van deze omzetting (UB) gaat naar de vergelijker C. Afhankelijk van de grootte van U B (van de temperatuur dus) zal vanuit blok C een signaal naar vermogenstrap D gaan om de temperatuur op nivo te houden. Het zal waarschijnlijk allemaal nog niet zo helder als glas zijn, maar in figuur 3 worden we al konkreter. Daar zien we in de bovenste figuur de driehoekspanning U A en de temperatuurafhankelijke spanning U B . Dit zijn dus de beide ingangsspanningen van de vergelijker. Onderaan zien we de stroom l G( i oei| . Zolang

Figuur 2. Het blokschema van de gloeiplug-gloeier. Merk overigens op dat de blokken ten opzichte van elkaar dezelfde positie hebben als de desbetreffende onderdelen in het elektronische schema. Figuur 3. Dit zijn de spanningsvormen zoals die in de schakeling voorkomen. De gloeistroom I G kent een bepaalde basiswaarde. Met korte stroomstoten w o r d t de plug bijgestookt als hij dreigt af te koelen.

1* fLTLTLJ

AAAAAA

/vww\

«©

<ÜD

1

IC1...IC3

Figuur 4. Het schema van de gloeiplug-gloeier waarmee startproblemen tot het verleden behoren. Met P1 is het mogelijk het gloeinivo in te

Ï1...I

sv

de spanning U B groter is dan de driehoekspanning loopt er een konstante gloeistroom. Begint nu de temperatuur te dalen, dan daalt de spanning U B mee. Op een gegeven moment wordt U B kleiner dan de driehoekspanning. De vergelijker konstateert de dalende gloeiplugtemperatuur en neemt maatregelen door de transistortrap in blok D in geleiding te brengen. Kortstondig zal door de gloeiplug een hogere stroom lopen (gedurende de tijden t,, t2 en t 3 ). De temperatuur wordt daardoor opgekrikt en de spanning U B stijgt weer. Binnen bepaalde grenzen wordt zo de temperatuur konstant gehouden. De spanning U GL is een gelijkspanning waarmee de driehoekspanning in zijn geheel verschoven kan worden ten opzichte van het

nulnivo. Daarmee is het mogeiijk het basisgloeinivo in te stellen. Denken we de driehoekspanning bijvoorbeeld een paar millimeter hoger in figuur 3, dan zal U B eerder en langduriger kleiner zijn dan de driehoekspanning. De vergelijker stuurt daarom vaker en langer de transistortrap, waardoor de gemiddelde gloeistroom en daarmee de temperatuur hoger komt te liggen.

De s c h a k e l i n g . . . . . . in figuur 4 ziet er, zeker naar Elex-begrippen, nogal ingewikkeld uit. Voor de duidelijkheid zijn de onderdelen in het schema wat betreft hun funktie op dezelfde plaats getekend als de blokken in het blokschema. IC1 vormt de rechthoekspanning, IC2 de driehoekspan-

W

ning. Beide IC's zijn operationele versterkers toegepast in een basisschakeling, hier respektievelijk een Schmitt-trigger en een integrator. De opgaande lijn van de driehoekspanning wordt veroorzaakt door het opladen van C2. De laadsnelheid, de steilheid van de flank, wordt bepaald door de grootte van C2 en R5. Bereikt de uitgang van IC2 een bepaalde waarde, afhankelijk overigens van R3 en R4, dan klapt de uitgang van IC1 om. Was deze eerst gelijk aan (bijna) 0 V, nu wordt hij nagenoeg de voedingsspanning (12 V). Als gevolg hiervan zal C2 andersom opgeladen worden en daalt de spanning op de uitgang van IC2: de neergaande flank van de driehoekspanning. De neergaande flank duurt net zolang tot een bepaald mini-

mum nivo bereikt wordt waarbij IC1 weer terugklapt. De driehoekspanning gaat via C3 naar de ingang van de vergelijker: IC3. C3 zorgt ervoor dat alleen de driehoekspanning doorgelaten wordt, de gelijkspanningskomponent wordt geblokkeerd. Na C3 voegen we echter toch meteen weer een gelijkspanning toe aan de driehoekspanning. Dit is de U GL uit figuur 3, en dankzij C3 kunnen we die vrij instellen, onafhankelijk van de gelijkspanning die de driehoekgenerator ons levert. Met R6, R7 en P1 is ervoor gezorgd dat U GL ingesteld kan worden tussen ongeveer 0,65 V en 1,3 V. Met P1 kan dus het gloeinivo van de plug op een bepaalde waarde ingesteld worden. Het grootste gedeelte van blok D, de vermogenstrap, is

Figuur 5. De onderdelenopstelling van de schakeling op een Elex-standaardprint. Let op de polariteit van de diverse onderdelen. Goed gebouwd is het halve werk. Figuur 6. Deze extra print, gaatjesprint met soldeerpennen, bevat de onderdelen die ten gevolge van de stroom nogal heet kunnen worden. De weerstanden moeten daarom vrij hangen boven het printoppervlak en T2 moet met een koellichaam gekoeld worden. Tabel 1. Van gloeipluggen met een hoge temperatuurkoëfficiënt verandert de weerstand relatief veel bij het toenemen van de temperatuur. De schakeling is voor dit soort gloeipluggen bedoeld. Tabel 2. Zo is het weerstandsverloop bij gloeipluggen met een lage temperatuurkoëfficiënt. Omdat de weerstand maar weinig verandert, zijn ze niet geschikt voor gebruik bij deze schakeling.

spanning V

stroom A

weerstand Q

0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 1,25 1,5 1,8

0,38 0,65 0,95 1,18 1,5 1,65 1,78 1,84

0,26 0,31 0,42 0,51 0,67 0,76 0,84 0,93

spanning V

stroom A

weerstand Q

0,26 0,58 0,94 1,4

1 2 3 4

0,26 0,29 0,31 0,35

Tabel 2

Tabel 3

Onderdelenlijst R1...R3,R8,R9,R12 = 10 kQ R4 = 330 kQ R5 = 12 kQ R6 = 82 kQ R7 = 4,7 kQ R10 = 33 Q R11 = 2,2 kQ R13 = 0,1 S/5 W R14.R15 = 4,7 S/5 W P1 = 5 kQ (4,7 kQ), instelpotmeter C1 = 100 M F/16 V C2 = 470 nF C3 = 100 nF C4 = 1 / J F / 1 6 V D1 = 1N4001 T1 = BD 679 T2 = TIP 2955 IC1 IC2 = 741

verder: zonder 1 Q mèt 1 i weerstand weerstar

Tabel 3. Spanningen behorende bij de in het schema aangegeven meetpunten om de werking te kontroleren. De 1-Q-weerstand wordt tijdelijk in plaats van de gloeiplug aangesloten.

6 V 6 V 6 V 0 V 12 V stroomopname 4,5 mA

6 V 2,2 V 6 V 0 V 2 V stroom opnam 1A

in het schema met een stippellijn omgeven. Deze onderdelen, R13 t / m R15 en T2, worden omdat ze tamelijk warm kunnen worden op een apart printje gemonteerd. Ook T l , R10, R11 en R12 behoren nog bij blok D. Zodra de startakku en de gloeiplug met de schakeling verbonden zijn, begint er een gloeistroom te lopen. In eerste instantie loopt deze stroom alleen via R14 en R15. De weerstand van de gloeidraad en de daarmee samenhangende spanning over de gloeiplug hangt af van de stroom die er doorheen stroomt. De afhankelijkheid van de weerstand van de stroom hebben we nodig voor het bepalen van de temperatuur. Het is daarom nodig dat die weerstand flink toeneemt met het groter worden van de stroom. We spreken dan van een

gloeiplug met een hoge temperatuurkoëfficiënt (tabel 1). Er zijn ook pluggen in de handel waarbij de weerstand maar heel weinig toeneemt bij het groter worden van de stroom (tabel 2), maar deze pluggen zijn ongeschikt om te gebruiken bij deze schakeling. Het laatste te bespreken deel van de schakeling is de konkretisering van blok E, de temperatuur-naarspanning-omzetter. Dit deel bestaat in de schakeling uit de onderdelen R8, R9, C4 en D1. Zonder dat de gloeiplug is aangesloten zal het knooppunt van deze onderdelen zich instellen op de halve voedingsspanning (6 V). Zodra we de plug aansluiten verandert dit. De spanning over kondensator C4 stelt zich nu in op een nieuwe waarde die samenhangt met de spanning over

1 standaardprint formaat 1 stuk gaatjesprint 4 x 5 cm 10 soldeerpennen, 1,2 mm <(• U-vormig koelprofiel voor T2 (b.v. type FK 203) gloeiplugklem, type afhankelijk van cilinderkop ca. 2 meter flexibel draad van minstens 1 mm 2 montagemateriaal behuizing

de gloeiplug en de doorlaatspanning van D1. Deze spanning over C4 is de al eerder besproken U B , en is de tweede ingangsspanning voor vergelijker IC3. Daalt als gevolg van thermische belastingen (afkoeling) van de gloeiplug de weerstand, en dus ook de spanning over de gloeidraad, dan zal de spanning over C4 ook dalen. Wordt de spanning over C4 nu kleiner dan de topwaarde van de driehoekspanning die op de andere ingang van de vergelijker staat, dan gaat de uitgang van de vergelijker van 0 V naar praktisch 12 V. Met dit 12-V-nivo worden T1 en T2 opengestuurd. Het geleidend worden van T2 heeft tot gevolg dat de weerstanden R14 en R15 overbrugd worden. Door de gloeiplug loopt nu even een wezenlijk grotere stroom, bijna de

»

= -

Figuur 7. De verbindingen tussen prints, akku en gloeiplug. Een dikke lijn w i l zeggen: dikke draad gebruiken.

85642X-7

volle voedingsspanning van de akku staat nu immers over de gloeiplug. Gedurende dit geven van extra power aan de gloeiplug zal diode D1 sperren. Kondensator C4 zal dus de oorspronkelijke spanning op punt A vasthouden, net als bij een bufferkondensator. Zodra de eerste stroompuls door de gloeiplug voorbij is omdat de driehoekspanning weer kleiner is geworden dan U B (zie ook figuur 3), krijgt C4 weer de kans om zich in te stellen op een spanning die overeenkomt met de nieuwe gloeiplugtemperatuur. Afhankelijk van de hoogte van deze spanning (c.q. temperatuur) zal bij de volgende top van de driehoekspanning weer een kortere of langere extra stroomstoot worden gegeven. Voor wie het nog niet allemaal heeft kunnen volgen, verwijzen we naar het

kader aan het einde van dit artikel waar we er nog wat dieper op ingaan. Het voorgaande heeft nogal wat woorden gekost om te beschrijven en het zal zeker wat tijd kosten om het te begrijpen. In de praktijk verloopt het hele proces echter bliksemsnel en mede dankzij de traagheid van de gloeidraad zal deze mooi gelijkmatig gloeien, ook al krijgt hij een kledder brandstof op z'n kop.

Bouwen Zoals gebruikelijk maken we voor het nabouwen van de schakeling weer gebruik van een printplattegrond. In figuur 5 zien we het gros van de onderdelen dat een plaatsje heeft gekregen op een formaat-1 Elexprint. Het monteren van de onderdelen gebeurt in de bekende volgorde: draadbruggen, weer-

standen, de diode, kondensatoren, transistor en IC's; die laatste uiteraard geplaatst in een IC-voetje. Let bij het plaatsen van de IC's op het uithollinkje in de "kopse" kant; IC1 en IC2 wijzen in dezelfde richting, IC3 staat juist andersom. Let ook bij Cl, C4 en D1 op de juiste polariteit. Om niets te vergeten kunnen de geplaatste onderdelen in de stuklijst aangestreept en op de plattegrond met een gekleurde pen aangedikt worden. Beter alles in één keer goed gemonteerd, al lijkt dat wat langzamer te gaan, dan achteraf met baken braadwerk een defekte print restaureren. Zoals figuur 6 laat zien, bevat de schakeling nog wat extra onderdelen die op een apart printje gemonteerd worden. Dit zijn de met de stippellijn omrande onderdelen uit figuur 4, de jongens

voor het zware werk. Omdat door deze onderdelen nogal wat stroom kan lopen (8 A) monteren we ze niet op een standaardprint. De sporen daarvan zijn te smal en zouden te warm kunnen worden en los kunnen laten. In plaats daarvan nemen we een stukje experimenteerprint waarin we soldeerpennen plaatsen of anders twee op een plaatje gemonteerde strips met soldeerlippen. Tussen deze soldeerlippen hangen we het stuk schakeling van drie weerstanden en de transistor op. Met stevig draad maken we de onderlinge verbindingen. Omdat de weerstanden behoorlijk heet kunnen worden mogen ze de ondergrond niet raken. T2 moet van een koelprofiel voorzien worden. Voor het onderling verbin-

De temperatuurnaar-spanning omzetter De temperatuur van de gloeiplug is belangrijk omdat deze konstant gehouden moet worden. Om de temperatuur te weten te komen, maken we in de schakeling gebruik van een weerstandsmeting. Die weerstandsmeting gaat tijdens het geven van de extra stroomstoot de mist in, er moeten daarom maatregelen getroffen worden. De tekening laat een deel van de schakeling zien, blok D en E uit het blokschema. Ter vereenvoudiging hebben we de transistoren (T1 en T2) als één schakelaar getekend, kwa werking maakt dat niet uit. Rx, de weerstand van 1 Q, stelt de gloeiplug voor. Bij de eerste beschouwing is R x nog niet aangesloten. C4 wordt via spanningsdeler R8/R9 opgeladen tot de halve

den van de twee printjes, de 12 V akku en de gloeiplug dient figuur 7 als leidraad. De draden die in verband met de hoge stroom extra dik (minstens 1 mm 2 ) gekozen moeten worden zijn in de tekening ook dikker getekend. Als akku kan de 12 V auto-akku gebruikt worden, als die voorhanden is natuurlijk. Anders kan een 12-V-modelbootakku aangewend worden, wellicht is die in de startkist al aanwezig voor de voeding van een startmotor of een brandstofpomp. Voor het aansluiten van de gloeiplug zijn handige wasknijper-achtige klemmen in de handel (vliegtuigmotoren) of klemmen die wat weg hebben van een pijpsleutel (voor boot- en automotoren met een verhoogde cilinderkop).

Kontroleren van de werking van de schakeling doen we met behulp van tabel 3. Eerst meten we, zonder aangesloten gloeiplug, of de spanningen op de meetpunten die aangegeven worden in figuur 4 overeenkomen met de waarden in de tabel. Een tweede test wordt uitgevoerd met een aangesloten 1-Q-weerstand op de plaats waar normaliter de gloeiplug zit. Op punten 2 en 5 moet nu een andere spanning worden gemeten en de stroomopname is toegenomen tot 1 A. Als laatste en uiteraard meest zeggende test kan een gloeiplug aangesloten worden. Deze dient mooi helder oranjegeel op te lichten (eventueel nog bij te stellen met PD. Ook bij blazen tegen de gloeidraad dient het gloeinivo gehand-

(+)12V

IC3 pen 6

H«i

rca

®" voedingsspanning. De sperrende diode D1 voorkomt dat S (al of niet gesloten) of R13, R14 en R15 daar invloed op kunnen hebben. Nu sluiten we Rx (de gloeiplug) aan. S is vooralsnog geopend. De stroom door Rx wordt bepaald door R14 en R15. Omdat deze weerstanden samen een (veel) grotere waarde hebben dan Rx is de stroom tamelijk konstant, ondanks (kleine) weerstandsveranderingen

-Xvan Rx. We spreken van een stroombron. De konstante stroom veroorzaakt een spanning over Rx. Deze spanning is afhankelijk van de precieze waarde van Rx, afhankelijk dus van de temperatuur, en schommelt ergens in de buurt van 1 V Dit is lager dan de spanning waarop C4 in eerste instantie was opgeladen. Via D1 wordt C4 daarom ontladen tot die 1 V plus 0,6 V drempelspanning van D1 ( = 1,6 V). De kondensator-

haafd te blijven. Alles O.K.? Dan in de startblokken maar weer.

spanning volgt dus de gloeiplugspanning ( = temperatuur) "op 0,6 V afstand". Mocht de schakeling nu merken dat de gloeiplugtemperatuur te koud dreigt te worden (lage gloeiplugspanning) dan wordt S even gesloten. De gloeiplug krijgt nu, met een klein beetje spanningsverlies over R13, bijna de volle mep van 12 V Gedurende dit kortstondige opstoken, is de gloeiplugspanning geen maat meer voor de temperatuur. De sperrende werking van D1 zorgt ervoor dat C4, mede dankzij zijn bufferende werking, de oude waarde vasthoudt. Na het openen van S stelt de spanning over C4 zich weer in op de nieuwe gloeiplugtemperatuur. Is deze nog te laag, dan volgt bij de volgende top van de driehoekspanning een nieuwe extra stroomstoot. Dit herhaalt zich tot de plug op temperatuur is.

Elektriseren? Nogal eenvoudig. Men neme een 220-Vleiding. Verwijder de isolatie en pak de draad vervolgens stevig vast. . . Dit proefje is natuurlijk niet zo verstandig; want zoals men weet kunnen spelletjes met het licht net slecht aflopen. Maar wat is nu eigenlijk dat "elektriseren"? Zoals bekend dragen zenuwcellen hun informatie over door middel van elektrochemische processen. Wordt echter deze overdracht gestoord door elektrische impulsen van buiten, dan gebeurt er iets wat eigenlijk niet mag: de zenuwcellen geven onjuiste informatie aan de hersenen. Bovendien reageren ook de spiercellen (die immers door zenuwcellen bestuurd worden) op stromen van buiten, en onder bepaalde omstandigheden kan deze reaktie bepaald heftig zijn. Als men door het menselijk lichaam een stroom laat lopen, zul-

elektriseerapparaat len zich bij de punten van in- en uitvoer pijnlijke gewaarwordingen voordoen (de pijnreceptoren in de huid reageren namelijk ook op de stroom); en bovendien zullen de spierpartijen waar de stroom doorheen loopt, samentrekken. Bij het slachtoffer zien we dan ook dat hij ineenkrimpt en een gil geeft van schrik en /of pijn — dat is nu "elektriseren".

Stroom Als een mens in een stroomkring wordt opgenomen, is hef effekt van de elektrisering uiteraard afhankelijk van de sterkte waarmee de stroom door het lichaam vloeit. Beneden een bepaalde drempelwaarde wordt in het geheel niets waargenomen. Deze drempelwaarde ligt tussen 1 en 5

milliampère, afhankelijk van het lichaamsdeel waar de stroom doorheen vloeit. Wanneer de stroom boven een bepaalde waarde stijgt, ontstaat gevaar voor de gezondheid. Bij wisselstromen, of bij stromen die een impulsvormig verloop vertonen, kan een sterkte van 10.. .50 mA reeds tot gevolg hebben dat de hartkamers gaan fibrilleren (fladderen) — een storing in het hartritme die dodelijk kan zijn. Bovendien zal ook het bloed door de elektrolytische werking van de stroom ontleed worden; dit vergiftigingseffekt treedt vooral op bij gelijkstroom (hoewel op de lange duur wisselstroom tot hetzelfde resultaat leidt). Uit deze gegevens mogen we konkluderen dat elektriseren zonder schadelijke gevolgen uitsluitend mogelijk is als de stroom zeer gering is, en van korte duur.

Spanning

De vraag welke spanningswaarde nog toelaatbaar is, vereist een wat uitgebreider antwoord. Of de stroom die door het lichaam vloeit gevaarlijk is, hangt namelijk niet (zoals vaak wordt gedacht) uitsluitend van de spanning af, maar ook van de stroomsterkte. Maar de stroomsterkte die ontstaat is op haar beurt weer afhankelijk van de aanwezige spanning en de eigenweerstand van het lichaam. Ook in dit geval is namelijk de Wet van Ohm van toepassing: I = U : R.

Weerstand De elektrische weerstand van een mens (hoe makaber die gedachte ook is) wordt hoofdzakelijk bepaald door de overgangsweerstand van de huid op de kontaktplaat-

sen. Als men natte handen heeft, of als het kontaktvlak groot is, zal deze weerstand natuurlijk veel lager zijn dan wanneer men bij toeval even een draadje aanraakt. Ter vergelijking: bij het toevallig aanraken van een draad ligt de weerstand bij droge vingers in de orde van 1 MQ, maar bij vochtige vingers daalt ze tot ca. 50 kQ. Lagere waardes ontstaan wanneer we een metalen buis stevig vastpakken: bij droge handen 25 kQ en bij vochtige ongeveer 5 kQ. De laagste waarden worden bereikt wanneer men in een badkuip ligt en de vingers dus druipnat zijn; de weerstand kan dan dalen tot 500 Q. Dit betekent dat in de badkuip spanningen vanaf ongeveer 20 V al dodelijk kunnen zijn; het spreekt dus vanzelf dat elektriseerproefjes nooit in de badkamer (of andere vochti-

Figuur 1. Een elektriseerapparaat. Eenvoudiger kan het niet. Er is niet eens elektronika voor nodig; een bel, een platte batterij van 4,5 V en t w e e elektroden van metaalbuis zijn voldoende. Bij het aansluiten van de batterij hoeft niet op de polariteit gelet te worden.

1

T

-1

4.5V

|

= T 1+

\z^~

r -ii'

-—^JaP

elektroden

ge ruimtes) mogen worden uitgevoerd.

Een ongevaarlijk apparaat Korte impulsvormige spanningen waarvan de waarde begrensd is en de stroom niet te hoog zal oplopen, kunnen langs elektromechanische weg met eenvoudige middelen worden opgewekt; er is zelfs geen elektronika voor nodig. Ons elektriseerapparaat bestaat namelijk uit een doodgewone elektrische bel en een platte batterij van 4,5 V (nooit hogere batterijspanningen gebruiken!). De elektroden waarmee de "elektrische schok" kan worden ervaren, zijn simpelweg verbonden met de uiteinden van de spoel in de bel. De hoge spanning die voor het elektriseer-effekt nodig is, ontstaat als volgt.

Een elektrische bel bestaat uit een elektromagneet (spoel met ijzerkern; zie figuur 1) en een anker met een klepel die in elektrisch opzicht dienst doet als schakelaar voor het onderbrekerkontakt. Het kontakt en de spoel staan in serie. Verbindt men de aansluitingen van de bel met een voedingsspanning van een geschikte waarde, dan zal (omdat het klepelkontakt in de rusttoestand gesloten is), een stroom door de spoel gaan lopen. Als gevolg van deze stroom ontstaat een magneetveld, zodat het anker (met de klepel) wordt aangetrokken door de ijzerkern van de spoel; het klepelkontakt wordt hierdoor geopend. Op dat moment zegt de bel "ping", maar er gebeurt ook nog iets anders, en voor onze toepassing is dat wel zo belangrijk. Doordat de

spoelstroom wordt onderbroken, valt het magneetveld weg en keert de klepel weer terug naar zijn uitgangsstand. Het verdwijnen van het magneetveld heeft tot gevolg dat in de spoel een induktiespanning ontstaat waarvan de waarde veel hoger is dan de batterijspanning, en deze spanning staat natuurlijk ook op de elektroden. Bij ons proef model traden na het openen van het klepelkontakt spanningspieken op van ca. 4 0 . . .200 V. De verdere gang van zaken ligt voor de hand: zodra de klepel weer in zijn uitgangsstand is teruggekeerd, wordt het kontakt opnieuw gesloten; de spoelstroom komt dan weer op gang en het hele spel begint opnieuw. We horen "trrr i n g . . . " en als iemand nu de elektroden goed vastpakt, wordt hij door een

reeks van (overigens ongevaarlijke) spanningspieken aardig door elkaar geschud. Voor de elektroden nemen we stukjes metaalbuis waaraan kabels van een geschikte lengte worden bevestigd. Om de overgangsweerstand laag genoeg te maken, moeten de buisjes goed worden vastgepakt; bij aanraking met alleen de vingertoppen voelt men vrijwel niets. Toch verdient het aanbeveling het elektriseerapparaat eerst voorzichtig met een hand uit te proberen, want sommige mensen zijn voor het effekt gevoeliger dan anderen.

Het Peltier-element is bepaald niet een alledaagse komponent. Wanneer we het element, dat ongeveer zo groot is als een rijksdaalder, tussen twee vingers nemen en vervolgens de stroom inschakelen, zal de ene vinger warm worden en de andere koud. Het Peltierelement is een elektrische warmtepomp die warmteenergie van het ene gebied (dat wordt afgekoeld) naar het andere (dat warm wordt) transporteert. Wat betreft de werking lijkt het dus op een koelkast, want ook deze pompt warmte uit zijn binnenste naar de zwarte achterwand. Een koelaggregaat bestaat echter uit vele onderdelen: kompressor, verdamper, smoorklep en kondensor. Het Peltierelement daarentegen is samengesteld uit twee dunne keramiek-plaatjes die gescheiden worden door kleine dobbelsteentjes van halfgeleidermateriaal (Bi2Te2; bismut-telluride, een verbinding van bismut en telluur). De elementen kunnen in serie worden geschakeld en laten zich met behulp van de elektronica eenvoudig besturen. Dat ze tot op heden de kompressortechniek nog niet uit onze koelkasten verdrongen hebben, is een gevolg van hun geringe rendement.

Werking Om te begrijpen hoe het Peltier-effekt tot stand komt,

Peltierelementen

moeten we nagaan wat zich in het inwendige van de stof afspeelt. In elke geleider, bijvoorbeeld koper of aluminium, bevinden zich ladingen die zich vrij door de stof kunnen bewegen, de zogeheten "vrije elektronen". Deze elektronen kunnen de geleider echter niet op eigen kracht verlaten omdat het materiaal ze met een bepaalde kracht vasthoudt. Om deze kracht te overwinnen moet energie worden toegevoerd; in de

0koper

natuurkunde noemt men dit de "uittreed-energie". Hoe groot de uittreed-energie moet zijn om een elektron aan de geleider te laten ontsnappen, is afhankelijk van het materiaal. Als we nu twee materialen samenvoegen die elk een verschillende uittreed-energie vereisen, bijvoorbeeld koper en het weerstandsmateriaal konstantaan, gebeurt het volgende. Zoals bekend kunnen elektronen overgaan van de ene geleider naar de

konstantaan

Q-

-0 G> ©kontaktpotentiaal *•».

©

•

de kontaktpotentiaien haffan alkaar op

"©-

-0

stroom • 0

85754X1

kopar

. *

andere. Maar niet alle elektronen verhuizen even graag. De elektronen uit het koper, die relatief weinig uittreed-energie nodig hebben, maken dit overstapje gemakkelijker dan hun tegenvoeters uit het konstantaan. Het konstantaan ontvangt dus meer elektronen dan het vrijgeeft, en daardoor wordt het negatief ten opzichte van het koper. Dit spanningsverschil, dat ontstaat zodra de beide materialen kontakt met elkaar maken, noemt men "kontaktpotentiaal". De uittreed-energie die er voor zorgt dat de elektronen van het ene materiaal naar het andere kunnen overgaan, wordt geleverd door de natuurlijke beweging van de elektronen. Deze is afhankelijk van de temperatuur die het materiaal heeft; bij afkoeling tot het absolute nulpunt zal dus geen kontaktpotentiaal ontstaan. Helaas kan de kontaktpotentiaal niet zonder meer gemeten of gebruikt worden. Om een gesloten stroomkring tot stand te brengen zijn minimaal twee kontaktplaatsen nodig. Maar zoals blijkt uit figuur 2 is de polariteit van beide kontaktpotentiaien onvermijdelijk tegengesteld, zodat er geen stroom kan vloeien. Er bestaat echter een slimmigheidje waarmee we toch een stroom op gang kunnen brengen: we koelen de ene kontaktplaats en verhitten de andere. Door de intensievere elektro-

Figuur 1. In geleidende materialen bevinden zich vrije elektronen. Deze kunnen ook overgaan van de ene geleider naar de andere. Als echter de elektronen-bindingskracht van de ene stof groter is dan die van de andere stof, zullen de elektronen zich koncentreren in de stof met de grootste bindingskracht. Hierdoor ontstaat een kontaktpotentiaal. Figuur 2. De kring is gesloten maar er vloeit geen stroom: beide kontaktpotentiaien heffen elkaar op.

a

3L

XJ:

G>

S. ®t j___: (5^(|> (?• (4^ (IV €•

keramische drager ü aansluiting koper-telluride-overgang verbindingsstukken telluride-koper-overgang kopervlakken (deze verbeteren de geleiding van warmte en koude)

nenbeweging zullen bij het warme kontakt (statistisch) meer elektronen overgaan naar het konstantaan. Bij het warme kontakt zal dus een hogere kontaktpotentiaal ontstaan dan bij het koude. Dit verschil heeft tot gevolg dat er in de kring een stroom gaat lopen. Dit experiment kan men gemakkelijk zelf uitvoeren. Men neme een stuk kontstantaandraad (gekocht of gesloopt uit een afgedankte vermogensweerstand). Aan de uiteinden worden twee koperdraden bevestigd (in elkaar draaien en vastsolderen). De vrije uiteinden van de koperdraden sluiten we aan op een gevoelige multimeter (bereik: 0,3 V). De ene koper-konstantaan-las wordt nu ondergedompeld in zo koud mogelijk water (met ijsblokjes), en de andere wordt verhit met een aansteker. De uitslag van de meter zal zeer gering zijn

Figuur 3. Als een van beide kontakten verwarmd w o r d t , ontstaat aldaar een hogere kontaktpotentiaal: nu vloeit er stroom door de kring. Met behulp van dit principe kunnen temperaturen zeer nauwkeurig worden gemeten.

1

s T

(kontaktpotentialen zijn meestal klein) maar kan toch duidelijk worden waargenomen. Bij koper en konstantaan zal een vergroting van het temperatuurverschil tussen de beide kontaktplaatsen een spanningsverschil van 42,5 ^V per graad Celcius veroorzaken. Men kan deze spanning verhogen door meerdere koperkonstantaankontakten in serie te schakelen. Elke tweede overgang moet dan gekoeld (c.q. verhit) worden. Het Peltier-element werkt precies omgekeerd. In plaats van stroom op te wekken met behulp van warmte en koude, wordt bij dit element de stroom gebruikt om een temperatuurverschil te veroorzaken. In figuur 4 is de linker soldeerverbinding de koude. De polariteit van de batterij is tegengesteld aan die van de kontaktpotentiaal: de minpool is verbonden met het koper en de

• • : • • •

•

'

•

:

•

• • •

Figuur 4. Het Peltier-element w e r k t precies omgekeerd: door de stroom uit de batterij w o r d t de ene kontaktplaats (hier rechts) v e r w a r m d , terwijl de andere w o r d t gekoeld. Figuur 5. Door vele kontakten in serie te schakelen, w o r d t het effekt vergroot. Als w e de linkerzijde verbinden met de minpool en de rechterzijde met de pluspool, zal de onderzijde w a r m worden en de bovenzijde afkoelen.

pluspool met het bismuttelluride; (dit laatste is strikt genomen niet het geval, maar het principe laat zich gemakkelijker begrijpen als we voor het moment de rechter soldeerverbinding even wegdenken). De energie-overdracht bij het linker kontakt verloopt als volgt: aan het koper (waarin de elektronen met geringe kracht gebonden zijn) worden extra elektronen toegevoerd, en aan het halfgeleidermateriaal (dat zijn elektronen met een grotere kracht vasthoudt) worden elektronen onttrokken. De uittreed-energie die hiervoor nodig is, wordt geleverd door de omgeving: aan de omgeving wordt warmte onttrokken. Bij het andere kontakt heerst de omgekeerde situatie: de polariteit van de kontaktpotentiaal wordt door de batterij ondersteund. Het bismut-telluride wordt overstroomd met elektronen die

(in de vorm van warmte) veel uittreed-energie afgeven. De hoeveelheid warmte-energie die aan deze zijde wordt afgegeven, is even groot als de hoeveelheid die aan de andere zijde wordt opgenomen. We mogen dus terecht stellen dat het Peltier-element werkt als een kleine warmtepomp. Ter versterking van het effekt schakelt men een reeks van overgangen in serie (zie figuur 5); deze worden zodanig over de keramische drager verdeeld dat een vlak element ontstaat (zie foto). Kleine Peltier-elementen (2 x 64 kontaktplaatsen, afm. 32 x 32 x 5,3 mm) zijn redelijk verkrijgbaar. Bij een voedingsspanning van 3,5 V nemen ze ca. 8,5 A op. Denk er aan dat de geproduceerde warmte altijd moet worden afgevoerd, bijvoorbeeld met behulp van een koellichaam.

In het projektencentrum Geldrop van het Philips Natuurkundig Laboratorium, zetten medewerkers van de Research en van de Audio divisie van Philips de eerste stappen die moeten leiden naar auto's voorzien van een elektronische co-piloot die de route kan plannen, de bestuurder naar de bestemming begeleidt, op elk moment de positie van de auto bepaalt en kan weergeven, en verder tal van bijzonderheden over de omgeving of het reisdoel weet te vertellen. In latere fasen van het projekt zal CARIN met dashbordfunkties worden geïntegreerd. Er kunnen dan ook waarschuwende woorden gesproken worden als er benzine getankt of olie bijgevuld moet worden, als de temperatuur te hoog oploopt of de akku mankementen vertoont. Ook zal het systeem gekoppeld kunnen worden aan verkeersalarmering via autoradio. Een mogelijk toekomstig systeem hiertoe vormt het radio-datasysteem RDS waarover op Europees nivo standaardisatiebesprekingen worden gevoerd. Inmiddels

zijn echter al RDSproefuitzendingen aan de gang, onder andere in Frankrijk, Duitsland, Zweden en Engeland. De koppeling van CARIN aan bijvoorbeeld RDS maakt het mogelijk om bij filevorming, wegopbreking, ijzelvorming, ongevallen e.d., alternatieve routes te plannen en de routebegeleiding overeenkomstig te laten plaatsvinden. De digitale RDS-signalen zijn toegankelijk voor de boordcomputer en ze onderbreken noch storen het normale radioprogramma. Brits verkeersonderzoek heeft aangetoond dat automobilisten gemiddeld hun route circa 20% efficiënter zouden kunnen plannen als

| RICHTING VOLGENS DIGITALE WEGENKAART | GEMETEN BAAN | CORRECTIE

CARIN, meer dan een meisjesnaam elektronische co-piloot voor de auto De naam CARIN zal velen in eerste instantie doen denken aan een persoon van het vrouwelijke geslacht. Heel toepasselijk gaven Philips-ontwerpers deze naam aan een door hun ontwikkelde elektronische co-piloot voor in de auto. Zo kan CARIN iCAff /nformation and /Vavigation) een waardevolte reisbegeleidster ?ijn die door middel van een spraaksynthesechip met de bestuurder(-ster) kommuniceert.

ze zich niet alleen op bekende punten zouden oriënteren. In de berekening zijn de brandstofkosten en de rijtijd verdiskonteerd. Met CARIN kan men steeds zo efficiënt als mogelijk de bestemming bereiken.

Basiskonfiguratie De basiskonfiguratie van CARIN is geschetst in figuur 1. Onderdelen van het systeem zijn: • Een aangepaste Compact-Disc-speler voor de auto waarmee niet alleen audioplaatjes kunnen worden afgespeeld, doch ook op Compact Disc opgeslagen wegeninformatie, bijvoorbeeld een komplete wegenkaart van Nederland,

van een stad, e.d. • Een plaatsbepalingssysteem dat de momentele positie van de auto bepaalt. • Een boordcomputer die zorgt voor alle bewerkingen. • Sensoren die gegevens omtrent het funktioneren van de auto aan de computer doorgeven, bijvoorbeeld de temperatuur van het koelwater, de beschikbare hoeveelheid benzine, etc. • Een autoradio om verkeersinformatie of -waarschuwingen op te vangen. • Weergeef- en bedieningsapparatuur bestaande uit een spraakmodule waarmee, via een een spraaksynthesechip, mededelingen aan de gebruiker kunnen worden doorgegeven; een beeldscherm voor visuele informatie (bijvoorbeeld het tonen van een wegenkaart) en een toetsenbord waarmee de automobilist gegevens of wensen aan de computer kan doorgeven. Een aantal van deze systeemonderdelen zullen we nu kort de revue laten passeren.

Grote, betrouwbare opslag kapaciteit Een Compact Disc (CD) is in oorsprong bedoeld voor het opslaan van 1 uur muziek. Gedurende 3600 sekonden zijn dus over 2 kanalen (stereo) 44,1 duizend keer per sekonde (dat is de standaardfrekwentie) analoge signalen bemonsterd en a 16 bit per monster op de plaat geschreven. De plaat heeft derhalve een kapaciteit van: 3600 x 2 x 44,1 x 1000 x 16 bit, of circa 5 miljard bit (5 Gbit). Daarmee staat een gigantisch geheugen (ROM, Read Only Memory) ter beschikking dat zeer snel op elke plaats toegankelijk is en waarin bijvoorbeeld een heel wegennet van Nederland, plus allerlei reisinformatie, zou kunnen worden opgeslagen. Om een betere indruk te krijgen van de geheugenkapaciteit van zo een CDROM, kan men de opslagmogelijkheid voorstellen in getypte velletjes papier van A-4-formaat met 50 regels a 80 karakters. Stelt men de dikte van één velletje papier op 0,1 mm, dan hebben 150.000 A-4-tjes op elkaar gestapeld een hoogte van 15 meter; dat is ongeveer 5 etages hoog! Dit idee van een elektronische digitale reisgids werd nader uitgewerkt. Het CDsysteem diende aan zijn CDROM-funktie aangepast te worden door een meer uitgebreide foutenkorrektie, waarmee minder dan 1 bitfout op de miljard keer miljard bit (beter dan 1 op 1018) redelijkerwijs aan toevallige fouten op een onbeschadigde plaat verwacht mag worden. Dat is een faktor miljoen beter dan bij computertape. Anders gezegd betekent dit dat zelfs een door krassen of bevuilen beschadigde plaat een nog hogere betrouwbaarheid

heeft dan een computertape.

Zuinig koderen Verplaatsen we ons in de situatie van de digitale kartograaf, dan worden we met de opgave gekonfronteerd om een normale kaart van bijvoorbeeld 1:15000 die een stuk of dertig kleuren bevat, op zuinige manier op de CD aan te brengen. Gekozen werd voor een methode waarbij de wegen (waar het toch voornamelijk om te doen is) aangegeven worden met behulp van knik- en/of knooppunten. Een kaarsrechte weg, zonder zijstraten, kent slechts twee van zulke punten: begin- en eindpunt. Een gebogen weg wordt benaderd met rechte stukjes die telkens een knik maken. Een kruising is een knooppunt. Alle knik- en/of knooppunten worden in een digitale kode op de CD-plaat gezet.

Plaatsbepaling Met behulp van het CARINsysteem moet op elk ogenblik de plaats van de auto kunnen worden bepaald. Daar zijn verschillende technische oplossingen voor mogelijk. Als oplossing voor de korte termijn is een elektronisch kompas voor de hand liggend. Met behulp van zo een kompas kan de rijrichting van het voertuig ten opzichte van het aardmagnetisch veld worden bepaald. Uit dit meetgegeven en de, via de autosnelheidsmeter, bekende afstand die de auto vanaf het vertrekpunt heeft afgelegd, kan de boordcomputer de plaats van de auto bepalen. Tevens is hij in staat om storingen te korrigeren. Deze ontstaan onder meer door passerende auto's of door in gewapend beton uitgevoerde viadukten. Met hun ijzermassa veroorzaken ze een vervorming van de veldlijnen van het

aardmagnetisme, hetgeen een foutieve aanwijziging van het kompas tot gevolg heeft. De boordcomputer korrigeert deze fouten door de informatie regelmatig te vergelijken met de digitale wegenkaart. Ligt de berekende plaats naast de weg waarop men zich volgens de wegenkaart behoort te vinden, dan wordt er automatisch gekorrigeerd (figuur 2).

Satellietnavigatie Voor de wat langere termijn kan gebruik worden gemaakt van het Amerikaanse satellietnavigatiesysteem Global Positioning System (GPS) NAVSTAR, dat eind 1988 met achttien satellieten in de ruimte zal zijn voltooid. Met het civiele deel van dit systeem zal men zijn positie op elk moment van de dag op elk punt op aarde met een nauwkeurigheid van circa tien meter kunnen bepalen.

Kontakt met de bestuurder Bij het ontwerpen van het CARIN-systeem is veel aandacht besteed aan de ergonomie, waaronder de gebruikersvriendelijkheid en de zorg voor de verkeersveiligheid begrepen is. Zo verdient het in het verkeer de voorkeur dat de computer z'n adviezen en informatie kenbaar maakt door middel van het gesproken woord. De spraakchip biedt hier uitkomst. Een andere voorziening is dat het beeldscherm slechts te raadplegen is als de auto stil staat. Men kan dan bijvoorbeeld de kaart bekijken of toeristische informatie opvragen. Het systeem kan "normale" bestemmingsaanwijzingen verwerken, zoals "Hotel Cocagne, Vestdijk, Eindhoven", zodat men niet met plaatsaanduidingen in graden, minuten en sekonden hoeft te worstelen. Een typisch gebruikerssce-

nario ziet er bijvoorbeeld als volgt uit: Stel de bestuurder wil van Geldrop naar het Evoluon in Eindhoven rijden. Hij stapt in z'n auto en stopt de CD-ROM waarop Eindhoven en Geldrop voorkomen, in z'n CD-speler. Na het aanzetten van het systeem verschijnt op het scherm: WELKOM BIJ CARIN KIES DE GEWENSTE FUNKTIE: 1. ROUTE-BEGELEIDING 2. TOERISTISCHE INFORMATIE 3. DIVERSE ANDERE FUNKTIES De bestuurder toetst vervolgens " 1 " in. Dan verschijnt op het scherm: GEEF UW STARTPUNT AAN AUB: (De bestuurder typt de straatnaam en het dichtstbijzijnde kruispunt in.) GEEF UW BESTEMMING AAN AUB. STAD? (De bestuurder typt 'Eindhoven' in.) STRAAT OF BESTEMMING? (De bestuurder typt Evoluon in.) Vervolgens zoekt de boordcomputer de beste route uit en slaat deze op in zijn geheugen. Als de bestuurder dat wenst, kan hij nu de CD-ROM uit de speler halen en een muziekje opzetten. Na het starten van de auto zal CARIN de bestuurder met behulp van de spraakmodule naar zijn bestemming leiden. Het toetsenbord zal in de toekomst door een touch screen (scherm dat gevoelig is voor aanraking) worden vervangen. Men kan dan bijvoorbeeld op een kaart aanwijzen waar men naar toe wil of men kan via een alfabetische lijst eens straatnaam vinden en aanwijzen, waarna de boordcomputer de rest doet. CARIN, een elektronische m co-piloot, is geen toekomst* fantasie doch een techniI sche realiteit die bij Philips £ nader gestalte krijgt. g

kursus ontwerpen deel 12 Met het onderwerp "kondensatoren" zijn we de laatste maanden snel opgeschoten. In " n o time" hebben we de theorie van integratoren, monoflops en astabiele multivib's doorgenomen. Bij al deze schakelingen stond de kondensator met zijn laad- en ontlaadgedrag centraal. Waar echter niet over gesproken werd, is de kapaciteitswaarde van de kondensator. Die is natuurlijk ook belangrijk. Laten we eens kijken, wat er zoal aan bod komt bij de bepaling van het aantal pF's, nF's of ptF's van een kondensator.

sen de ingangsspanning en de kondensatorspanning kleiner is, is de laadstroom ook kleiner, volgens ene meneer Ohm. De spanningsstapjes worden dus steeds kleiner.

Uiteindelijk zal de meter de topwaarde van de pulsen aanwijzen (minus 0,6 V). Onze pulsenteller kunnen we dus ook gebruiken als een topwaardedetektor, wanneer er pulsen aangeboden worden met verschillende amplituden. Bij een topwaardedetektor willen we dat de uitlezing snel reageert, liefst binnen één pulslengte (een piekdetektor). Dit kan op twee manieren: een kleinere weerstand en/of een kleinere kondensator. Een kleinere weerstand geeft een grotere laadstroom, terwijl een kleinere kondensator sneller " v o l " is. De meter-uitlezing zal, zoals gewenst, blijven staan op de amplitudewaarde van de hoogste puls. In werkelijkheid zal de kondensator zich ontladen over de meter waardoor de spanning langzaam zal dalen. Over de dimensionering van de R en de C valt wat meer te vertellen aan de hand van de onderstaande laadkromme:

xUb

ingangsspanning

O-CD-r-O uitgangsspanning l ^ ^

1

-

s*—

Deze schakeling zijn we al eens eerder tegengekomen in deel 10 van deze kursus. Bij een positieve puls aan de ingang geleidt diode D, waardoor kondensator C via weerstand R wordt bijgeladen. Deze schakeling kon gebruikt worden als pulsenteller, daar de kondensatorspanning steeds stijgt met het aantal pulsen. Helaas kan er niet onbeperkt geteld worden; de elektronica heeft óók haar grenzen. Na verloop van tijd bereikt de kondensatorspanning de waarde van de positieve puls, zodat er geen laadstroom meer loopt en de diode niet meer geleidt. De laadstroom neemt geleidelijk af: naarmate het verschil tus-

n

o-

Xo

Deze kurve laat het spanningsverloop in de tijd zien van een kondensator C die wordt geladen vanuit een spanning U B via een weerstand R. Op tijdstip t = 0 begint het laden, d.w.z. de ingangsspanning springt van 0 naar de waarde U B . De kondensatorspanning verloopt dan volgens een emacht, bekend uit de wiskunde. In plaats van spanningen hebben we hier procenten van de ingangsspanning U B aangegeven. Dit is universeler, want de kurve geldt vanzelfsprekend ook voor andere spanningen. Doordat de kondensatorspanning steeds stijgt, werkt deze het opladen, d.w.z. het verder stijgen van de spanning, steeds sterker tegen. Uiteindelijk "kruipt" de spanning naar de waarde U B toe (100%), maar bereikt deze in theorie

nooit! Men noemt zo'n 100%-lijn ook wel een asymptoot. Van een echte laadtijd kunnen we eigenlijk niet spreken. In plaats daarvan werkt men met de uitdrukking T (tau, de griekse letter t). Zou de kondensator met dezelfde snelheid als op t = 0 opgeladen worden (grafisch gezien: als men de hellingshoek van de kurve op het tijdstip t = 0 door zou trekken), dan zou na r sekonden de 100%-lijn zijn bereikt. Dit gebeurt echter niet: wel staat vast, dat op tijdstip T de kondensatorspanning ca. 63% van de eindwaarde heeft bereikt. Bij een RC-kombinatie geldt voor de waarde T: T = R • C T uitgedrukt in sekonden, R in ohm en C in farad. Nemen we als voorbeeld een RC-kombinatie met 1 MQ en 1 JXF, dan is 6 6 T = 1 MQ • 1 M F = 10 x 10- s = 10° 1s Na 1 s heeft de kondensatorspanning dus 63% van de eindwaarde bereikt. In dit eerste stuk van de kurve loopt de spanning nog enigszins recht (als we niet tè nauw kijken!).

(1 s puls en 1 s pauze bij een symmetrische blokgolf). Voor kortere pulsen of signalen, waarvan de topwaarde relatief kort aanwezig is (bijvoorbeeld een sinusvormige spanning) moet de tijdkonstante kleiner zijn. Voor de pulsenteller gaan we van een geheel ander standpunt uit. Na het tellen van het maximale aantal pulsen mag de spanning het 63%-punt nog niet hebben bereikt. In het eerste stuk van de laadkromme was het spanningsverloop redelijk lineair, weet u nog? Voor maximaal 100 pulsen van ieder 10 ms lang wordt de tijdkonstante: T = 100 x '10 ms = 1000 ms = 1 s Een grotere tijdkonstante mag natuurlijk ook. Rest nog de vraag hoe we de tijdkonstante samenstellen. Voor een T van 0,1 s mag in theorie een kombinatie met R = 1 MQ en C = 0,1 ^F evengoed als bijvoorbeeld 100 kQ en 1 /JF. Wat men uiteindelijk kiest, hangt af van de schakeling rondom het RC-netwerk. Een kleine weerstand, samen met een grote kondensator, zal een grote belasting vormen voor de signaalbron aan de ingang, omdat de laadstroom dan groot is. Als vuistregel kunnen we aanhouden dat de signaalbron een belasting van Vi R nog moet aankunnen. Het voordeel van een kleine R en een grote C is tevens, dat de belasting aan de uitgang (over de kondensator) wat zwaarder mag zijn. Omgekeerd geldt dat een RC-netwerk met een grote weerstand en een kleine kondensator de signaalbron slechts weinig belast, maar ook weinig stroom aan de uitgang kan leveren. Nemen we als voorbeeld een netwerk met R = 1 MQ, de waarde voor C doet er nu weinig toe. Als meetinstrument voor de kondensatorspanning nemen we een gewone multimeter.

Voor een aantal verschillende waarden voor T ziet het plaatje er als volgt uit:

De multimeter met een gevoeligheid van 20 kQ/V heeft in het 10-V-bereik een inwendige weerstand van 200 kQ. Vergeleken met 1 MQ is dit maar erg klein. De ingangsspanning wordt vermenigvuldigd met de weerstandsverhouding: 200 kQ 1 MQ + 200 kQ

In de praktijk komen natuurlijk ook kleinere waarden van T voor: bijv. 100 pF en 1 kQ geeft T = 100 pF x 1000 Q = 100.000 ps = 100 ns = 0,1 ^s oftewel één-tienmiljoenste deel van een sekonde. Dat is snel voorbij! Welke T moeten we nu kiezen voor onze topwaardemeter van figuur 1? Wanneer we de snelste RC-kombinatie uit figuur 5 nemen (T = 0,25 s), dan mag aangenomen worden dat na ong. 1 s (dus zo'n 4 x T) de eindwaarde wel is bereikt. Dit komt overeen met een frekwentie van 0,5 Hz

&

= 0,17

De uitgangsspanning kan dus maximaal 17% van de ingangsspanning bedragen. In plaats van een gewoon draaispoelinstrument zou men beter kunnen werken met een hoogohmige elektronische meter. (wordt vervolgd)

Het kan vaak vreemd lopen in de elektronicawereld. De ene keer houden we ons bezig met eindtrappen met een zo laag mogelijke vervorming, terwijl we daarna zonder moeite verder gaan met speciale vervormingsschakelingen voor gitaren. Zo ongeveer is het ook met deze schakeling gegaan. In plaats van een rechte frekwentiekarakteristiek, die we bij audio-ontwerpen trachten te benaderen, passen we hier een strakke filtering toe met als effekt een realistische weergave van het telefoongeluid. Vooral bij het maken van hoorspelen of bij het na-synchroniseren van films komt deze schakeling goed van pas.

spraakfilter De schakeling In het schema (figuur 1) wemelt het nogal van de komponenten. Reden om eens orde te scheppen door middel van een blokschema (figuur 2). Als ingangssignaal gebruiken we een gewone audio-signaalbron, bijvoorbeeld een cassetterecorder en/of een mikrofoonsignaal. Na een trapje versterking volgt de eigenlijke kern van de zaak, een stroomgestuurd laagdoorlaatfilter dat voor een groot deel meewerkt aan het

totstandkomen van het specifieke karakter van een telefoonverbinding. De resterende filterwerking wordt door het hoogdoorlaatfilter voor rekening genomen. De kombinatie van beide filters levert een banddoorlaatfilter op met instelbaar doorlaatkarakter. Laten we maar eens bekijken hoe dit alles gerealiseerd wordt in de komplete schakeling. Het voorversterkertrapje wordt gevormd door T1, R3, R4 en R5. De mikrofooningang loopt via R1, P1 en

C1 en de audio-ingang loopt via R2, P2 en C2. Met P1 en P2 worden respektievelijk het mikrofoonnivo en het audionivo ingesteld. De funktie van P3 is tweeërlei: als nivoregelaar voor de totale schakeling en als instelling voor de frekwentiekarakteristiek. De basis van het laagdoorlaatfilter wordt gevormd door P3/R6 en C3/C4, met daaraan toegevoegd T2, T3, T4, R7, R8 en P4. De werking van dit speciale laagdoorlaatfilter is niet zo één-twee-drie te doorgronden zonder duchtige begeleiding van een hele hoop theorie. De kombinatie rond T3/T4 werkt als instelbare stroombron voor T2. Het laagdoorlaatkarakter van

9V

Figuur 1. Deze keer bevat de schakeling w a t meer komponenten, dan dat w e van " g e w o n e " Elex-schakelingen gewend zijn. Figuur 2. In het blokschema komen de verschillende funkties van de onderdelengroepen w a t duidelijker naar voren. Figuur 3 a . . .3c. Het filterwerk, dat verantwoordelijk is voor de werking van ons spraakfilter. In figuur 3a zien w e het speciale laagdoorlaatfilter met opslingereffekt, figuur 3b geeft de typische doorlaatkarakteristiek van het hoogdoorlaatfilter weer. Door beide filters achter elkaar te schakelen, krijgen w e een banddoorlaatfilter als geschetst in figuur 3c.

T1 . . . T4 = BC 550C

0 ^

versterker ingangsversterker

mikrofooningang

stroom-gestuurd filter

hoogdoorlaat filter

>

dB

dB

1 kHz

—I 300 Hz

-O»

—

r~ 1

[—E3Ho£CB o |

I I

Figuur 4. Met een beetje ervaring in het opbouwen van Elex-schakelingen zal deze print geen moeilijkheden opleveren. Onderdelenlijst: R1 = 470 Q R2 = 22 kQ R3 = 220 kQ R4 = 47 kQ R5.R6 = 4,7 kQ R7 = 18 kQ R8.R11 = 1 kQ R9.R10 = 2,2 kQ R12 = 3,3 kQ R13 = 15 kQ PI = 5-kQ-instelpot P2 = 220-kQ-instelpot P3 = 47-kQ-potmeter lineair P4 = 10-kQ-potmeter lineair P5 = 100-kQ-instelpot C1.C5 = 220 nF C2 = 10 nF C3 = 68 nF C4 = 22 nF C6 = 470 nF C7 = 150 nF C8 = 47 nF C9 = 100 M F/10 V T L . .T4 = BC 550C IC1 = 741 Diversen: standaardprint formaat 1 Geschatte bouwkosten: f 20,-

P3/R6/C3/C4 wordt een "zwiep" meegegeven door de terugkoppeling van de emitter van T2 naar het knooppunt C3/C4. We kunnen het effekt hiervan zien in figuur 3a. Afhankelijk van de instelling van P3 èn T4 kan het kantelpunt van het filter veranderd worden, waarbij tevens het "opslinger-effekt" (de bult in de doorlaat) meeverandert. Hoe hoger de kantelfrekwentie, hoe lager deze opslingering is. Ook de steilheid van het filter, d.w.z. de mate waarin de uitgangsspanning daalt bij toenemende frekwentie, verandert mee. De hoge ingangsimpedantie van IC1 zorgt ervoor dat de filterwerking van het voorafgaande deel niet beïnvloed wordt. De versterking kan met behulp van P5 gevarieerd worden tussen 1 . . . 5 0 x . Als laatste komt een hoogdoorlaatfilter, bestaande uit C6. . .C8 en R i l . . .R13. De kantelfrekwentie ligt rond 300 Hz. De doorlaatkarakteristiek van dit filter zien we in figuur 3b (let op het veranderde frekwentie-schaalbereik t.o.v. 3a en 3c!) Figuur 3c toont ons het totaal van beide filters. Een doorsnee-telefoonlijn heeft — afhankelijk van de kwaliteit van de verbinding — een doorlaatband van 300 H z . . .3400 Hz. Het mikrofoonkapsel en luidsprekerkapsel zorgen voor een opslingering van een bepaald frekwentiegebied, bijvoorbeeld rond 1 kHz. Dit geeft een aparte, nasale klank, zoals we die kennen van telefoonstemmen. Wanneer we nog eens onze blik over het schema laten varen, kunnen we stellen dat het iets ingewikkelder in elkaar steekt dan de gangbare Elex-schakelingen. Er zitten wat potmeterinstellingen op met een ietwat "wazige" uitwerking, maar met een bescheiden portie experimenteerlust komen we er wel uit.

De o p b o u w In figuur 4 zien we de opbouw van de schakeling op een formaat 1 standaardprint. Met recht kan er gesteld worden dat de komponentenbezetting dicht is, maar in de praktijk zal het soldeerkarwei wel meevallen. De aansluitingen voor P3 en P4 zijn naar buiten uitgevoerd en worden bedraad met afgeschermde kabel, evenals de verbindingen met de ingangen en de uitgang. Afhankelijk van de toepassing zal een ieder voor zich wel een plaatsje voor de schakeling weten te vinden, bijvoorbeeld in een bestaand mengpaneel. De voedingsspanning mag tussen 8 en 10 V liggen. Wanneer deze voedingsspanning al voorhanden is in het mengpaneel, kan deze natuurlijk afgetapt worden. Een 9-V-batterijtje voldoet ook prima.

Afregeling en gebruik Voor de afregeling hebben we eigenlijk niet meer nodig dan een goed gehoor. Allereerst worden alle potmeters en instelpots in de middenstand gezet. Met P1, P2 en P5 wordt de versterking van de verschillende trappen zodanig ingesteld, dat de schakeling èn de op de uitgang aangesloten versterker niet overstuurd raken. Eigenlijk zou men dit met een oscilloskoop moeten meten, maar zonder gaat het ook: het typische oversturingsgeluid is op het gehoor heel goed te herkennen. Nu kan er een passende telefoonklank nagebootst worden door P3 en P4 naar wens in te stellen. De faktoren "bandbreedte" en "kwaliteit" van de lijn kunnen doorlopend aangepast worden met beide potentiometers. Daar deze instellingen elkaar beïnvloeden is het zaaks, eerst eens wat te experimenteren met de

knoppen. Ook in werkelijkheid bestaan er heel wat verschillen in telefoonverbindingen, bijvoorbeeld lokaal, interlokaal of internationaal, verlopend van goede verbinding tot (meestal) slechte verbinding. Alleen de typische ruis- en knetterstoring kunnen we met onze schakeling niet imiteren, maar ja, je kunt nu eenmaal niet alles willen!